Sistema de seguimiento de movimiento 3D 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 algún día podría reemplazar a LiDAR y cámaras en tecnologías autónomas. El sistema de imágenes aprovecha las ventajas de los fotodetectores de grafeno altamente sensibles, transparentes y a nanoescala.

Los fotodetectores de grafeno se ajustaron para absorber solo alrededor del 10 % de la luz a la que están expuestos, lo que los hace casi transparentes. Debido a que el grafeno es tan sensible a la luz, esto es suficiente para generar imágenes que pueden reconstruirse a través de imágenes computacionales. Los fotodetectores están apilados uno detrás del otro, lo que da como resultado un sistema compacto, y cada capa se enfoca en un plano focal diferente, lo que permite obtener imágenes en 3D.

El equipo también abordó el seguimiento de movimiento en tiempo real, que es fundamental para una amplia gama de aplicaciones robóticas autónomas. Para hacer esto, necesitaban una forma de determinar la posición y orientación de un objeto que estaba siendo rastreado. Los enfoques típicos involucran sistemas LiDAR y cámaras de campo de luz, los cuales adolecen de limitaciones significativas. Otros usan metamateriales o múltiples cámaras. El hardware por sí solo no fue suficiente para producir los resultados deseados.

El equipo construyó una configuración óptica y permitió que una red neuronal descifrara la información posicional. La red neuronal está entrenada para buscar objetos específicos en toda la escena y luego enfocarse solo en el objeto de interés; por ejemplo, un peatón en el tráfico o un objeto moviéndose hacia su carril en una autopista. La tecnología funciona especialmente bien para sistemas estables, como la fabricación automatizada o la proyección de estructuras del cuerpo humano en 3D para la comunidad médica.

El tipo de algoritmos que desarrolló el equipo es diferente a los algoritmos de procesamiento de señales tradicionales utilizados para tecnologías de imagen de larga data, como rayos X y resonancia magnética. El equipo demostró tener éxito al rastrear un haz de luz, así como una mariquita real con una pila de dos matrices de fotodetectores de grafeno de 4 × 4 (16 píxeles). También demostraron que su técnica es escalable. Se necesitarían tan solo 4000 píxeles para algunas aplicaciones prácticas y matrices de 400 × 600 píxeles para muchas más.

Si bien la tecnología podría usarse con otros materiales, las ventajas adicionales del grafeno son que no requiere iluminación artificial y es ecológico.