Inspirados pelo sistema visual do camarão mantis - um dos mais complexos encontrados na natureza - os pesquisadores criaram um novo tipo de câmera que pode melhorar muito a capacidade dos carros de detectar perigos em condições de imagem desafiadoras.

A nova câmera realiza esse feito detectando uma propriedade da luz conhecida como polarização e apresentando uma faixa dinâmica de cerca de 10, 000 vezes mais do que as câmeras comerciais de hoje. A faixa dinâmica é uma medida das áreas mais claras e mais escuras que uma câmera pode capturar simultaneamente. Com estas, a câmera pode ver melhor em condições de direção, como a transição de um túnel escuro para a luz solar intensa ou durante condições de neblina ou neblina.

No Optica , O jornal da Optical Society para pesquisas de alto impacto, os pesquisadores descrevem a nova câmera, que poderia ser produzido em massa por apenas US $ 10 cada. Os pesquisadores dizem que a nova câmera permitiria aos carros detectar perigos, outros carros e pessoas três vezes mais distantes do que as câmeras coloridas usadas nos carros hoje.

"Em um acidente recente envolvendo um carro que dirige sozinho, o carro falhou em detectar um semi-caminhão porque sua cor e intensidade de luz se misturaram com a do céu ao fundo, "disse o líder da equipe de pesquisa, Viktor Gruev, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, EUA. "Nossa câmera pode resolver esse problema porque sua alta faixa dinâmica torna mais fácil detectar objetos que são semelhantes ao fundo e a polarização de um caminhão é diferente da do céu."

Além de aplicações automotivas, os pesquisadores estão explorando o uso de câmeras para detectar células cancerosas, que exibem uma polarização de luz diferente do tecido normal, e para melhorar a exploração do oceano.

"Estamos começando a atingir o limite do que os sensores de imagem tradicionais podem realizar, "disse Missael Garcia, primeiro autor do artigo. "Nossa nova câmera bioinspirada mostra que a natureza tem muitas soluções interessantes que podemos aproveitar para projetar sensores de próxima geração."

Imitando a visão do camarão

Camarão mantis, um agrupamento que inclui centenas de espécies em todo o mundo, têm uma resposta logarítmica à intensidade da luz. Isso torna o camarão sensível a uma ampla gama de intensidades de luz, permitindo que eles percebam elementos muito escuros e muito claros em uma única cena.

Para alcançar uma faixa dinâmica alta semelhante para sua nova câmera, os pesquisadores ajustaram a maneira como os fotodiodos da câmera convertem a luz em corrente elétrica. Em vez de operar os fotodiodos no modo de polarização reversa - que é tradicionalmente usado para imagens - os pesquisadores usaram o modo de polarização direta. Isso mudou a saída de corrente elétrica de ser linearmente proporcional à entrada de luz para ter uma resposta logarítmica como o camarão.

Para a sensibilidade de polarização, os pesquisadores imitaram a maneira como o camarão mantis integra a detecção de luz polarizada em seus fotorreceptores, depositando nanomateriais diretamente na superfície do chip de imagem que continha os fotodiodos polarizados para frente. "Esses nanomateriais atuam essencialmente como filtros de polarização no nível do pixel para detectar a polarização da mesma forma que o camarão mantis vê a polarização, "disse Gruev.

Embora os processos tradicionais de fabricação de sensores de imagem possam ser usados ​​para fazer os sensores, eles não são otimizados para fazer fotodiodos que operam em polarização direta. Para compensar, os pesquisadores desenvolveram etapas de processamento adicionais para limpar as imagens e melhorar a relação sinal / ruído.

Levando a câmera na estrada

Depois de testar a câmera sob diferentes intensidades de luz, cores e condições de polarização no laboratório, os pesquisadores levaram a câmera para o campo para ver como funcionava bem nas sombras, bem como em condições de luz. "Usamos a câmera em diferentes condições de iluminação, como túneis ou neblina, "disse Tyler Davis, um membro da equipe de pesquisa. "A câmera lidou com essas condições desafiadoras de imagem sem problemas."

Os pesquisadores agora estão trabalhando com uma empresa que fabrica airbags para ver se a alta faixa dinâmica da nova câmera e capacidade de imagem de polarização podem ser usados ​​para detectar melhor objetos para evitar uma colisão ou disparar o airbag alguns milissegundos antes do que é atualmente possível .

Explorando o oceano

Os pesquisadores também receberam financiamento para usar o novo sistema de imagem para fazer pequenas câmeras do tipo GoPro que poderiam ser usadas para explorar o oceano. Embora os sistemas GPS, como os dos telefones celulares, não funcionem debaixo d'água, a nova capacidade de detecção de polarização da câmera permite que ela use a polarização da luz do sol na água para calcular as coordenadas de localização. Além disso, a alta faixa dinâmica da câmera pode ser usada para gravar imagens de alta qualidade debaixo d'água.

"Estamos fechando o círculo ao pegar a câmera, que foi inspirado no camarão mantis, a diferentes oceanos tropicais para aprender mais sobre como este camarão se comporta em seu habitat natural, "disse Gruev." Eles vivem em águas rasas e se enterram sob os corais ou em pequenas tocas. Isso cria uma situação desafiadora de imagem de alta faixa dinâmica porque há muita luz na água, mas condições escuras dentro dos orifícios. "