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Um novo sensor bioinspirado pode reconhecer objetos em movimento em um único quadro de um vídeo e prever com sucesso para onde eles irão se mover. Este sensor inteligente, descrito em um Natureza Comunicações papel, será uma ferramenta valiosa em uma variedade de campos, incluindo detecção de visão dinâmica, inspeção automática, controle de processo industrial, orientação robótica e tecnologia de direção autônoma.
Os sistemas de detecção de movimento atuais precisam de muitos componentes e algoritmos complexos fazendo análises quadro a quadro, o que os torna ineficientes e consomem muita energia. Inspirados no sistema visual humano, pesquisadores da Aalto University desenvolveram uma nova tecnologia de visão neuromórfica que integra detecção, memória e processamento em um único dispositivo que pode detectar movimento e prever trajetórias.
No centro de sua tecnologia está um conjunto de fotomemristores, dispositivos elétricos que produzem corrente elétrica em resposta à luz. A corrente não para imediatamente quando a luz é apagada. Em vez disso, ele decai gradualmente, o que significa que os fotomemristores podem efetivamente “lembrar” se foram expostos à luz recentemente. Como resultado, um sensor feito de uma matriz de fotomemristores não apenas registra informações instantâneas sobre uma cena, como faz uma câmera, mas também inclui uma memória dinâmica dos instantes anteriores.
“A propriedade única da nossa tecnologia é a capacidade de integrar uma série de imagens ópticas em um quadro”, explica Hongwei Tan, o pesquisador que liderou o estudo. ‘As informações de cada imagem são incorporadas nas imagens a seguir como informações ocultas. Em outras palavras, o quadro final de um vídeo também contém informações sobre todos os quadros anteriores. Isso nos permite detectar o movimento no início do vídeo, analisando apenas o quadro final com uma rede neural artificial simples. O resultado é uma unidade de detecção compacta e eficiente.’
Para demonstrar a tecnologia, os pesquisadores usaram vídeos mostrando as letras de uma palavra por vez. Como todas as palavras terminavam com a letra ‘E’, o quadro final de todos os vídeos parecia semelhante. Sensores de visão convencionais não conseguiam dizer se o ‘E’ na tela havia aparecido após as outras letras em ‘APPLE’ ou ‘UVA’. Mas a matriz do fotomemristor pode usar informações ocultas no quadro final para inferir quais letras o precederam e prever qual era a palavra com quase 100% de precisão.
Em outro teste, a equipe mostrou os vídeos do sensor de uma pessoa simulada se movendo em três velocidades diferentes. O sistema não apenas foi capaz de reconhecer o movimento analisando um único quadro, mas também previu corretamente os próximos quadros.
Detectar com precisão o movimento e prever onde um objeto estará são vitais para a tecnologia de direção autônoma e transporte inteligente. Veículos autônomos precisam de previsões precisas de como carros, bicicletas, pedestres e outros objetos se moverão para orientar suas decisões. Ao adicionar um sistema de aprendizado de máquina à matriz de fotomemristores, os pesquisadores mostraram que seu sistema integrado pode prever o movimento futuro com base no processamento no sensor de um quadro totalmente informativo.
“O reconhecimento e previsão de movimento por nossa solução compacta de memória e computação no sensor oferece novas oportunidades em robótica autônoma e interações homem-máquina”, diz o professor Sebastiaan van Dijken. ‘As informações dentro do quadro que obtemos em nosso sistema usando fotomemristores evitam fluxos de dados redundantes, permitindo a tomada de decisões com eficiência energética em tempo real.’
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