Geavanceerd 3D-bewegingsvolgsysteem: next-gen sensor voor autonome technologie

Een real-time 3D-bewegingsvolgsysteem combineert transparante lichtdetectoren geavanceerde neurale netwerk methoden om een systeem te creëren dat op de lange termijn LiDAR en camera's in autonome technologieën kan vervangen. Het beeldsysteem exploiteert de voordelen van transparante, nanoschaal, hooggevoelige grafene fotodetectoren.

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

Het team heeft ook real-time bewegingstracking aangepakt, wat cruciaal is voor een breed scala aan autonome robotische toepassingen. Om dit te doen, hadden ze een manier nodig om de positie en oriëntatie van een gevolgd object te bepalen. Typische benaderingen omvatten LiDAR-systemen en lichtveld-camera's, die allebei lijden onder significante beperkingen. Anderen gebruiken metamaterialen of meerdere camera's. Alleen hardware was niet genoeg om de gewenste resultaten te produceren.

Het team bouwde een optische opstelling en maakte een neuraal netwerk in staat om de positionele informatie te ontrafelen. Het neuraal netwerk is getraind om te zoeken naar specifieke objecten in de hele scène en daarna alleen te focussen op het object van belang; bijvoorbeeld een voetganger in verkeer of een object dat in uw rijstrook op een snelweg beweegt. De technologie werkt met name goed voor stabiele systemen, zoals geautomatiseerde productie, of het projecteren van menselijke lichaamsstructuren in 3D voor de medische gemeenschap.

Het type algoritmes dat het team ontwikkelde, zijn anders dan traditionele signaalverwerkingsalgoritmes die gebruikt worden voor langdurige imagingtechnologieën zoals Röntgen en MRI. Het team demonstreerde succesvol het volgen van een lichtstraal alsook een echte lieveheersbeestje met een stapel van twee 4 × 4 (16-pixel) grafene fotodetector-arrays. Ze bewijzen ook dat hun techniek schaalbaar is. Het zou zo min als 4.000 pixels voor sommige praktische toepassingen en 400 × 600-pixel arrays voor veel meer kosten.

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