3D-bewegingsvolgsysteem voor autonome technologie

Een realtime 3D-bewegingsvolgsysteem combineert transparante lichtdetectoren met geavanceerde neurale netwerkmethoden om een ​​systeem te creëren dat op een dag LiDAR en camera's in autonome technologieën zou kunnen vervangen. Het beeldvormingssysteem maakt gebruik van de voordelen van transparante, zeer gevoelige grafeenfotodetectoren op nanoschaal.

De grafeen-fotodetectoren zijn aangepast om slechts ongeveer 10% van het licht waaraan ze worden blootgesteld te absorberen, waardoor ze bijna transparant zijn. Omdat grafeen zo gevoelig is voor licht, is dit voldoende om beelden te genereren die kunnen worden gereconstrueerd door middel van computationele beeldvorming. De fotodetectoren zijn achter elkaar gestapeld, wat resulteert in een compact systeem, en elke laag focust op een ander brandvlak, wat 3D-beeldvorming mogelijk maakt.

Het team heeft ook realtime bewegingsregistratie aangepakt, wat van cruciaal belang is voor een breed scala aan autonome robottoepassingen. Om dit te doen, hadden ze een manier nodig om de positie en oriëntatie van een object dat wordt gevolgd te bepalen. Typische benaderingen zijn LiDAR-systemen en lichtveldcamera's, die beide aanzienlijke beperkingen hebben. Anderen gebruiken metamaterialen of meerdere camera's. Hardware alleen was niet genoeg om de gewenste resultaten te produceren.

Het team bouwde een optische opstelling en stelde een neuraal netwerk in staat om de positionele informatie te ontcijferen. Het neurale netwerk is getraind om naar specifieke objecten in de hele scène te zoeken en zich vervolgens alleen op het object van interesse te concentreren; bijvoorbeeld een voetganger in het verkeer of een object dat op uw rijstrook rijdt op een snelweg. De technologie werkt bijzonder goed voor stabiele systemen, zoals geautomatiseerde productie of het projecteren van menselijke lichaamsstructuren in 3D voor de medische gemeenschap.

Het type algoritmen dat het team heeft ontwikkeld, verschilt van traditionele signaalverwerkingsalgoritmen die worden gebruikt voor al lang bestaande beeldtechnologieën zoals röntgen en MRI. Het team toonde succes met het volgen van een lichtstraal en een echt lieveheersbeestje met een stapel van twee 4 × 4 (16-pixel) grafeenfotodetectorarrays. Ze bewezen ook dat hun techniek schaalbaar is. Voor sommige praktische toepassingen zijn slechts 4.000 pixels nodig en voor veel meer arrays van 400 × 600 pixels.

Hoewel de technologie ook met andere materialen kan worden gebruikt, zijn de bijkomende voordelen van grafeen dat het geen kunstmatige verlichting vereist en dat het milieuvriendelijk is.