Visão artificial quase humana dá movimento natural a robôs

ICT Results - 15/07/2009

O robô dirige a cabeça e os olhos para o objeto, acompanha seu movimento, identifica os objetos e determina se eles estão se movendo independentemente, imitando o comportamento real de um humano.
[Imagem: Cordis]

Um sistema de visão robótica que imita as principais funções visuais do cérebro humano está dando aos robôs uma maior capacidade de manobra, com maior velocidade e segurança para andar em ambientes desorganizados, além de ajudar a guiar pessoas com deficiências visuais.

Desafio para a inteligência artificial

Qualquer criança é capaz de cruzar uma sala abarrotada de coisas e pegar um brinquedo do outro lado.

Mas são justamente afazeres aparentemente triviais como esses que têm se mostrado extremamente difíceis de se ensinar a um computador. A análise de dados visuais variáveis, e frequentemente ambíguos, para detectar objetos e isolar o movimento desses objetos do movimento do próprio robô, tem se tornado um dos maiores desafios para a inteligência artificial.

Três anos atrás, pesquisadores do projeto europeu Decisions in Motion, envolvidos com esse problema, decidiram buscar soluções na natureza.

Funcionamento da visão humana

Em uma rara e valiosa colaboração, cientistas da cognição e neurocientistas estudaram como funcionam os sistemas visuais de mamíferos, primatas e do próprio homem, enquanto cientistas da computação e roboticistas incorporavam as descobertas em redes neurais e em um robô móvel.

O esforço valeu a pena. O projeto acaba de construir e testar um robô capaz de circular em uma sala abarrotada de coisas, guiado unicamente pelo que ele "vê" através de suas duas câmeras de vídeo.

Agora os cientistas estão trabalhando duro para adaptar os programas em uma espécie de capacete que poderá ajudar as pessoas com deficiências visuais a caminhar por ambientes reais.

Algoritmos mais eficientes

"Até agora, os algoritmos que vinham sendo usados eram demasiado lentos e suas decisões não eram confiáveis o bastante para serem úteis," diz o coordenador do projeto, Mark Greenlee. "Nosso enfoque nos permitiu construiu algoritmos que podem fazer isso em tempo real, que podem tomar todas as decisões em alguns poucos milissegundos, usando hardware convencional."

Os pesquisadores usaram várias técnicas para aprender como o cérebro processa a informação visual, especialmente as informações sobre o movimento.

O movimento no cérebro

A pesquisa incluiu a gravação de como os neurônios individuais e grupos de neurônios sinalizam em resposta a sinais de movimento, o imageamento por ressonância magnético funcional para acompanhar momento a momento as interações entre as diferentes áreas do cérebro conforme a pessoa desempenhava tarefas visuais e estudos neuropsicológicos de pessoas com problemas de processamento visual.

Uma das descobertas mais interessantes foi que o cérebro dos primatas não apenas detecta e acompanha um objeto em movimento: ele de fato prevê para onde o objeto irá.

"Quando um objeto se move ao redor de uma cena, você tem uma onda de atividades conforme o cérebro antecipa sua trajetória," diz Greenlee. "São como sinais de feedback fluindo das áreas superiores do córtex visual de volta para os neurônios no córtex visual primário, para dar a eles o sentido daquilo que está se aproximando."

Construindo uma rede neural

Armados com um melhor entendimento de como o cérebro humano lida com o movimento, os roboticistas puseram a mão na massa. Usando equipamentos comumente encontrados no comércio, eles construíram uma rede neural com três níveis, imitando os subsistemas visuais do cérebro, de baixo, médio e alto nível.

Eles usaram o que aprenderam sobre o fluxo de informações entre as regiões do cérebro para controlar o fluxo de informações dentro do cérebro robótico.

"É basicamente uma rede neural com algumas características biológicas," diz Greenlee. "A conectividade é ditada pelos dados que obtivemos em nossos estudos fisiológicos."

Movimento natural autônomo

O cérebro computadorizado controla o comportamento de um robô com rodas, que é dotado de uma cabeça móvel e olhos, tudo em tempo real. O robô dirige a cabeça e os olhos para o objeto, acompanha seu movimento, identifica os objetos, determina se eles estão se movendo independentemente e acelera, desacelera ou vira para a direção necessária para acompanhar o objeto em movimento.

Os pesquisadores ficaram intrigados quando o robô encontrou seu próprio caminho até o seu primeiro alvo - um ursinho de pelúcia - exatamente como uma pessoa faria, andando mais rapidamente entre objetos que estavam mais distantes e passando mais lentamente pelos objetos mais próximos.

"Isto foi incrível. Nós não o programamos para fazer isto, o comportamento simplesmente emergiu do algoritmo," diz Greenlee.

Agora os pesquisadores planejam colocar toda a inteligência visual do cérebro robótico em um equipamento leve, que possa ser usado como se fossem óculos, para ajudar pessoas com deficiências visuais ou cognitivas a melhorarem sua mobilidade.

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