Câmera inspirada no ouvido dá olhos melhores para máquinas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/08/2022

Esquemas de (esquerda) um sensor convencional que pode detectar apenas a intensidade da luz e (direita) um sensor multimodal nanoestruturado, que pode detectar várias qualidades de luz através das interações luz-matéria.
[Imagem: Yurui Qu/Soongyu Yi]

Visão de máquina

Os sensores de imagem que equipam as câmeras atuais medem a intensidade da luz por meio de um sensor conhecido como CCD (Charge-Coupled Device).

Isso é bom o suficiente para as câmeras de celular e mesmo para as filmadoras profissionais, mas as câmeras usadas na visão de máquina, para inspecionar processos industriais em alta velocidade, são um pouco mais exigentes.

Nesses casos, é preciso captar também o ângulo, o espectro preciso, a polarização e outros aspectos da luz - esse processo é chamado de imagem multimodal.

E acaba de ficar comprovado que componentes nanoestruturados, integrados nos chips de sensores de imagem, podem ser a resposta para capturar imagens multimodais de forma eficiente, miniaturizada e a custo mais baixo.

Se a tecnologia puder ser levada para escala industrial, isto poderá permitir que veículos autônomos enxerguem em ângulos amplos, em vez de apenas uma linha reta, fazer imagens biomédicas para detectar anormalidades em diferentes profundidades dos tecidos e até construir telescópios para ver através da poeira interestelar.

"Os sensores de imagem passarão gradualmente por uma transição para se tornarem os olhos artificiais ideais das máquinas," prevê o professor Yurui Qu, da Universidade de Wisconsin-Madison, nos EUA. "Uma evolução que alavanca a notável conquista dos sensores de imagem existentes provavelmente gerará impactos mais imediatos."

A inovação promete revolucionar a visão de máquina, ou visão robótica.
[Imagem: Yurui Qu et al. - 10.1063/5.0090138]

Ouvido inspira olho robótico

Curiosamente, mesmo se tratando de um equipamento que se compara à visão, o trabalho foi inspirado nos ouvidos de alguns animais, que possuem sensores auditivos direcionais.

As lagartixas, por exemplo, têm cabeças pequenas demais para determinar de onde vem o som, da mesma forma que humanos e outros animais de crânios maiores. Em vez disso, elas contam com tímpanos acoplados para medir a direção do som, e fazem isso em uma cavidade de um tamanho que é ordens de magnitude menor do que o comprimento da onda de som correspondente.

Para imitar isso, a equipe usou pares de nanofios de silício, que foram construídos como ressonadores capazes de suportar a ressonância óptica - a energia óptica armazenada em dois ressonadores é sensível ao ângulo de incidência da luz. O fio mais próximo da luz envia uma corrente mais forte que o fio mais distante; basta então comparar as correntes para determinar o ângulo das ondas de luz recebidas.

Sensor de imagem multimodal

Milhões de nanofios podem ser colocados em um chip de 1 milímetro quadrado, o que permitiu colocar esses dispositivos, tecnicamente chamados filtros de cristal fotônico, diretamente em cima dos píxeis do CCD, criando interações complexas entre a luz incidente e o sensor de imagem - tudo na mesma tecnologia de silício.

Os píxeis abaixo dos filtros registram a distribuição da energia luminosa, a partir da qual a informação espectral da luz pode ser inferida. E o dispositivo milimétrico ainda pode ser programado para atender a várias faixas dinâmicas, níveis de resolução e quase qualquer regime espectral, do visível ao infravermelho.

A equipe espera que seu protótipo migre rapidamente do laboratório para aplicações em câmeras sem lentes, realidade aumentada e visão robótica.

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