Drone simula cérebro de inseto para voar sozinho

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/05/2024

Foto do drone neuromórfico voando sobre um padrão de flor, ilustrando as entradas visuais que o drone recebe das suas câmeras, igualmente neuromórfica - vermelho indica píxeis ficando mais escuros, verde indica píxeis ficando mais brilhantes.
[Imagem: Guido de Croon]

Drone neuromórfico

Pesquisadores dos Países Baixos desenvolveram um drone que voa de forma autônoma usando processamento de imagens neuromórfico, inspirado no funcionamento do cérebro de animais.

Os cérebros dos animais usam menos dados e menos energia em comparação com as atuais redes neurais profundas rodando em GPUs (Unidades de Processamento Gráfico). Isto torna os processadores neuromórficos uma plataforma ideal para drones pequenos, porque não precisam de hardware e baterias grandes e pesadas.

Os resultados foram extraordinários: Durante o voo, a rede neural profunda do drone processou dados até 64 vezes mais rápido e consumiu três vezes menos energia do que quando ele levava um sistema de processamento baseado em uma GPU.

Segundo a equipe, desenvolvimentos adicionais desta tecnologia poderão permitir que os drones se tornem tão pequenos, ágeis e inteligentes quanto insetos voadores ou pássaros.

"Nós trabalhamos em pequenos drones autônomos que podem ser usados para aplicações que vão desde o monitoramento de colheitas em estufas até o controle de estoques em armazéns. As vantagens dos pequenos drones são que eles são muito seguros e podem navegar em ambientes estreitos, como entre áreas de tomateiros. Além disso, eles podem ser muito baratos, de modo que podem ser implantados em enxames. Isto é útil para cobrir uma área mais rapidamente, como mostramos nas configurações de exploração e localização de fontes de gás," disse o professor Guido de Croon, da Universidade de Tecnologia de Delft.

Esquema do drone neuromórfico.
[Imagem: Guido de Croon]

Visão neuromórfica e cérebro neuromórfico

Apesar do grande potencial para fornecer aos robôs autônomos a inteligência necessária para aplicações do mundo real, a inteligência artificial atual depende de redes neurais profundas que exigem um poder computacional substancial. Os melhores processadores para rodá-las são as GPUs, mas elas consomem uma quantidade substancial de energia, inviabilizando embarcá-las em pequenos robôs, como drones voadores.

Os cérebros dos animais processam informações de uma maneira muito diferente: Os neurônios biológicos processam informações de forma assíncrona e se comunicam principalmente por meio de pulsos elétricos chamados picos. Como o envio de tais picos custa energia, o cérebro minimiza os picos, levando a um processamento esparso. É aí que entram os emergentes processadores neuromórficos, que imitam esse modo de funcionamento.

Essa eficiência energética é ainda maior se processadores neuromórficos forem usados em combinação com sensores neuromórficos, como câmeras. Essas câmeras especiais não produzem imagens em um intervalo de tempo fixo; em vez disso, cada píxel só envia um sinal quando fica mais claro ou mais escuro. Isso traz outras vantagens, como uma capacidade de perceber o movimento muito mais rapidamente e funcionar bem tanto em ambientes escuros quanto claros.

Além disso, os sinais das câmeras neuromórficas podem alimentar diretamente redes neurais que funcionam em processadores neuromórficos. Juntos, eles podem formar um grande facilitador para robôs autônomos, especialmente robôs pequenos e ágeis, como drones voadores. Foi isto que a equipe demonstrou agora: Um drone que usa visão e controle neuromórficos para voar de modo autônomo, sem precisar ser controlado remotamente por um operador humano.

Ambiente de testes do drone neuromórfico.
[Imagem: Guido de Croon]

Mais rápido e mais econômico

A equipe desenvolveu uma rede neural de pico que processa os sinais de uma câmera neuromórfica e emite comandos de controle que determinam a postura e o impulso do drone. Essa rede foi implementada em um processador neuromórfico Loihi, da Intel, permitindo que o drone perceba e controle seu próprio movimento em todas as direções.

"A rede funciona em média entre 274 e 1.600 vezes por segundo. Se rodarmos a mesma rede em uma GPU pequena e incorporada, ela será executada em média apenas 25 vezes por segundo, uma diferença por um fator aproximadamente entre 10 a 64! Além disso, ao operar a rede, o chip de pesquisa neuromórfica Loihi da Intel consome 1,007 watt, dos quais 1 watt é a energia ociosa que o processador gasta apenas ao ligar o chip - operar a rede em si custa apenas 7 miliwatts. Em comparação, ao executar a mesma rede, a GPU incorporada consome 3 watts, dos quais 1 watt é energia ociosa e 2 watts são gastos para operar a rede. A abordagem neuromórfica resulta em IA que funciona de forma mais rápida e eficiente, permitindo a implantação em robôs autônomos muito menores," detalhou Stein Stroobants, membro da equipe.

O drone é capaz de voar em diferentes velocidades sob diversas condições de luz, do escuro ao ofuscante. Na verdade, ele pode voar até com luzes tremeluzentes, o que faz com que os píxeis da câmera neuromórfica enviem à rede um grande número de sinais que não estão relacionados ao movimento.

Agora a equipe espera o progresso dos processadores neuromórficos, para que eles possam implementar redes neurais mais complexas, dando ao robô capacidades adicionais, como a navegação por locais desconhecidos.

Mais tópicos