Sensor de luz que imita olho humano faz trabalho de processador

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/12/2020

O sensor registra o movimento com maior intensidade do que as imagens estáticas, exatamente como nosso olho.
[Imagem: Herrera/Labrama - 10.1063/5.0030097]

Píxel neuromórfico

Dois pesquisadores fizeram avanços importantes com um novo tipo de sensor de luz que imita mais de perto a capacidade do olho humano de perceber mudanças em seu campo visual.

Esse sensor é um grande avanço no campo dos processadores neuromórficos, aqueles que pretendem imitar o modo de funcionamento do cérebro, com usos em áreas como reconhecimento de imagem, robótica e inteligência artificial.

Tentativas anteriores de construir um dispositivo do tipo olho humano - denominado sensor retinomórfico - têm-se baseado em softwares ou hardwares complexos.

Mas a operação do novo sensor é parte do seu projeto fundamental, usando camadas ultrafinas do semicondutor perovskita. Amplamente estudada nos últimos anos por seu potencial para construção de células solares, a perovskita muda de forte isolante elétrico para forte condutor elétrico quando colocada na luz.

"Você pode pensar nisso como um único píxel fazendo algo que atualmente exigiria um microprocessador," disseram John Labram e Cinthya Herrera, da Universidade do Estado do Oregon, nos EUA.

Pré-processamento intrínseco

Um órgão incrivelmente complexo, o olho humano contém cerca de 100 milhões de fotorreceptores. No entanto, o nervo óptico tem apenas 1 milhão de conexões com o cérebro. Isso significa que uma quantidade significativa de pré-processamento e compressão dinâmica deve ocorrer na retina antes que a imagem possa ser transmitida para o cérebro.

O sensor é simples, mas pode funcionar como um memoristor.
[Imagem: Herrera/Labrama - 10.1063/5.0030097]

As técnicas convencionais de detecção de luz, como os chips CCDs encontrados nas câmeras digitais e nos celulares, são mais adequadas ao processamento sequencial. As imagens são escaneadas em uma matriz bidimensional de sensores, píxel por píxel, em uma frequência definida. Cada sensor gera um sinal com uma amplitude que varia diretamente com a intensidade da luz que recebe, o que significa que uma imagem estática resultará em uma tensão de saída mais ou menos constante do sensor.

Em contraste, assim como nosso olho tem uma preferência por movimento, o sensor retinomórfico permanece relativamente "silencioso" em condições estáticas. Ele registra um sinal curto e nítido quando detecta uma mudança na iluminação e, em seguida, retorna rapidamente ao seu estado inicial. Esse comportamento é devido às propriedades fotoelétricas únicas das perovskitas.

Câmera que filma movimento

Com o fotorreceptor pronto, falta agora construir o equivalente à retina, juntando os fotorreceptores em uma única plataforma. A dupla já simulou seu componente em computador, mostrando que, com vários deles em conjunto, a estrutura de fato imita a retina, mostrando claramente tudo o que se movimenta, mas não se importando com os objetos que param ou são estáticos desde o início.

"O bom é que, com essa simulação, podemos inserir qualquer vídeo em uma dessas matrizes e processar essa informação essencialmente da mesma forma que o olho humano faria," disse Labram. "Por exemplo, você pode imaginar esses sensores sendo usados por um robô rastreando o movimento de objetos. Qualquer coisa estática em seu campo de visão não provocaria uma resposta, no entanto, um objeto em movimento registraria uma alta tensão. Isso diria ao robô imediatamente onde o objeto está, sem nenhum processamento complexo de imagem."

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