Sistema avanzado de seguimiento de movimiento 3D: Sensor de próxima generación para tecnología autónoma

Un sistema de seguimiento de movimiento 3D en tiempo real combina detectores de luz transparentes con métodos avanzados de redes neuronales para crear un sistema que podría reemplazar algún día al LiDAR y cámaras en tecnologías autónomas. El sistema de imagen explota las ventajas de fotodetectores de grafeno transparentes, a nanoescala y altamente sensibles.

Los fotodetectores de grafeno se ajustaron para absorber solo alrededor del 10% de la luz a la que están expuestos, haciéndolos casi transparentes. Como el grafeno es tan sensible a la luz, esto es suficiente para generar imágenes que pueden reconstruirse mediante imagen computacional. Los fotodetectores se apilan unos detrás de otros, resultando en un sistema compacto, y cada capa enfoca en un plano focal diferente, lo que permite imagen 3D.

El equipo también abordó el seguimiento de movimiento en tiempo real, crítico para una amplia gama de aplicaciones robóticas autónomas. Para hacer esto, necesitaban una forma de determinar la posición y orientación de un objeto rastreado. Enfoques típicos involucran sistemas LiDAR y cámaras de campo de luz, ambos con limitaciones significativas. Otros usan metamateriales o múltiples cámaras. Solo el hardware no era suficiente para producir los resultados deseados.

El equipo construyó una configuración óptica y permitió a una red neuronal descifrar la información posicional. La red neuronal se entrena para buscar objetos específicos en toda la escena y luego enfocarse solo en el objeto de interés; por ejemplo, un peatón en tráfico o un objeto moviéndose a tu carril en una autopista. La tecnología funciona particularmente bien para sistemas estables, como manufactura automatizada, o proyección de estructuras corporales humanas en 3D para la comunidad médica.

El tipo de algoritmos que el equipo desarrolló son diferentes a los algoritmos de procesamiento de señal tradicionales usados para tecnologías de imagen establecidas como rayos X y MRI. El equipo demostró éxito rastreando un haz de luz así como una mariquita real con una pila de dos arrays de fotodetectores de grafeno 4×4 (16 píxeles). También probaron que su técnica es escalable. Tomaría tan solo 4,000 píxeles para algunas aplicaciones prácticas y arrays de 400×600 píxeles para muchas más.

Aunque la tecnología podría usarse con otros materiales, ventajas adicionales del grafeno son que no requiere iluminación artificial y es amigable con el medio ambiente.