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Os olhos de aves de rapina, como as águias, podem perceber presas com precisão a quilômetros de distância. É possível modelar a tecnologia da câmera a partir dos olhos do pássaro?
Os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de câmera, inspirada nas estruturas e funções dos olhos dos pássaros. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. KIM Dae-Hyeong do Centro de Pesquisa de Nanopartículas do Instituto de Ciência Básica (IBS), em colaboração com o Prof. SONG Young Min do Instituto de Ciência e Tecnologia de Gwangju (GIST), desenvolveu perovskita câmera baseada em tecnologia especializada em detecção de objetos.
Os olhos de diferentes organismos no mundo natural evoluíram e foram otimizados para se adequarem ao seu habitat e ao ambiente em que sobrevivem. Como resultado de incontáveis anos de adaptação evolutiva ao ambiente de vida e voo em grandes altitudes, os olhos dos pássaros também possuem estruturas e funções visuais únicas.
Na retina do olho de um animal, existe uma pequena depressão chamada fóvea que refrata a luz que entra no olho. Ao contrário das fóveas rasas encontradas nos olhos humanos, os olhos dos pássaros têm fóveas centrais profundas, que refratam em grande parte a luz que entra. A região de maior densidade de cones fica dentro das fóveas, permitindo que as aves percebam claramente objetos distantes através da ampliação. Essa visão especializada é conhecida como visão foveada.
Embora os olhos humanos só possam ver a luz visível, os olhos dos pássaros têm quatro cones que respondem à luz ultravioleta (UV) e também à luz visível (vermelha, verde, azul; RGB). Esta visão tetracromática permite que as aves adquiram informações visuais abundantes e detectem efetivamente objetos alvo em um ambiente dinâmico.
Inspirada por essas capacidades, a equipe de pesquisa do IBS projetou um novo tipo de câmera especializada na detecção de objetos, incorporando fóvea artificial e um sensor de imagem multiespectral que responde tanto a UV quanto a RGB. Primeiro, os pesquisadores fabricaram a fóvea artificial imitando as fóveas centrais profundas dos olhos da ave e otimizaram o design por meio da simulação óptica. Isso permite que a câmera amplie objetos alvo distantes sem distorção de imagem.
A equipe então usou perovskita, um material conhecido por suas excelentes propriedades elétricas e ópticas, para fabricar o sensor de imagem multiespectral. Quatro tipos de fotodetectores foram fabricados usando diferentes materiais de perovskita que absorvem diferentes comprimentos de onda. O sensor de imagem multiespectral foi finalmente fabricado empilhando verticalmente os quatro fotodetectores.
O primeiro coautor, Dr. PARK Jinhong, afirma: “Também desenvolvemos um novo processo de transferência para empilhar verticalmente os fotodetectores. Usando o método de padronização de perovskita desenvolvido em nossa pesquisa anterior, fomos capazes de fabricar o sensor de imagem multiespectral que pode detectar UV e RGB sem filtros de cores adicionais.”
As câmeras convencionais que usam lentes zoom para ampliar objetos têm a desvantagem de focar apenas no objeto alvo e não em seu entorno. Por outro lado, a câmera inspirada no olho de pássaro fornece uma visão ampliada da região foveal juntamente com a visão circundante da região periférica. Ao comparar os dois campos de visão, a câmera inspirada no olho de pássaro pode obter maiores capacidades de detecção de movimento do que a câmera convencional. Além disso, a câmera é mais econômica e leve, pois pode distinguir luz UV e RGB sem filtros de cores adicionais.
A equipe de pesquisa verificou as capacidades de reconhecimento de objetos e detecção de movimento da câmera desenvolvida por meio de simulações. Em termos de reconhecimento de objetos, a nova câmera demonstrou uma pontuação de confiança de 0,76, que é cerca de duas vezes maior que a pontuação de confiança do sistema de câmera existente de 0,39. A taxa de detecção de movimento também aumentou 3,6 vezes em comparação com o sistema de câmera existente, indicando uma sensibilidade significativamente melhorada ao movimento.
“Os olhos dos pássaros evoluíram para detectar objetos distantes com rapidez e precisão durante o vôo. Nossa câmera pode ser usada em áreas que precisam detectar objetos com clareza, como robôs e veículos autônomos. Em particular, a câmera tem grande potencial para aplicação em drones operando em ambientes semelhantes àqueles em que vivem os pássaros”, observou o Prof. Kim.
Esta inovadora tecnologia de câmera representa um avanço significativo na detecção de objetos, oferecendo inúmeras aplicações potenciais em vários setores.
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