Científicos de EE.UU. crean cámara 3D inspirada en arañas saltadoras que consume menos energía que una luz nocturna
Investigadores de la Universidad Northwestern desarrollaron la SpiderCam, una cámara de detección de profundidad que replica el sistema visual de las arañas saltadoras y opera con menos de un vatio de potencia, según anunció la institución. El dispositivo, que consume apenas 624 milivatios mientras procesa 32,5 fotogramas por segundo, podría revolucionar la tecnología portátil, los dispositivos de asistencia, robots y drones que operan con baterías limitadas.
La SpiderCam representa el primer sistema de cámara 3D que funciona por debajo de un vatio de consumo energético, según la Universidad Northwestern. El prototipo imita la forma en que las arañas saltadoras calculan distancias antes de realizar sus característicos saltos laterales para capturar presas, evitar depredadores o desplazarse.
"Las arañas saltadoras saltan para atrapar presas, evitar depredadores y moverse, y eso requiere una visión excelente", dijo Emma Alexander, profesora asistente de Northwestern, autora correspondiente del estudio y experta en visión computacional bioinspirada.
La mayoría de las cámaras 3D convencionales capturan imágenes desde varios ángulos para estimar la profundidad, ya sea mediante análisis comparativo de cada imagen o proyectando y midiendo luz, según la fuente. Estos métodos demandan considerable potencia de cómputo, hardware costoso y un consumo energético significativo.
Los ojos humanos están limitados a una retina cada uno, mientras que las arañas saltadoras poseen múltiples capas de retinas en cada ojo que pueden enfocar por separado a distancias ligeramente diferentes, según explicó Alexander. Una capa puede ver un objeto enfocado mientras otra capa ve el mismo objeto ligeramente desenfocado.
"Ven múltiples niveles de enfoque todo el tiempo", dijo Alexander. "Entonces, siempre están recopilando pares de imágenes. Luego, sus cerebros pueden comparar estas diferencias en nitidez para juzgar la distancia".
"Pero sus cerebros son muy pequeños, del tamaño de una semilla de amapola, por lo que tienen que calcular estas distancias de una manera altamente eficiente", añadió la investigadora. "Queríamos entender si podíamos tomar prestados algunos de los mismos principios para crear un sensor de profundidad extremadamente eficiente energéticamente que pudiera usarse en situaciones con recursos limitados donde los usuarios no tienen acceso ilimitado a la energía".
La SpiderCam opera de manera similar mediante una cámara personalizada que captura dos imágenes simultáneamente con diferencias mínimas en la configuración de enfoque, según la universidad. En lugar de ejecutar software que consume muchos recursos en un procesador convencional, el equipo construyó un algoritmo personalizado directamente en un chip de computadora especialmente programado y optimizado para procesamiento energéticamente eficiente.
El prototipo del chip puede procesar mapas de profundidad a 32,5 fotogramas por segundo mientras usa solo 624 milivatios de potencia, según afirmó el equipo. El algoritmo personalizado interpreta cómo difiere la nitidez de los bordes y texturas de las dos imágenes, convirtiendo los datos en mediciones de profundidad en tiempo real.
Los planes futuros incluyen mejorar la óptica de la SpiderCam, expandir su campo de visión, fusionar la tecnología en dispositivos portátiles y robots pequeños, y rediseñar el chip de computadora personalizado para reducir aún más el uso de energía, según Northwestern.
"Estoy muy interesada en entornos donde tienes recursos muy limitados y no puedes simplemente enchufar una cámara a la pared", dijo Alexander. "Por ejemplo, podría desplegarse en entornos de campo con energía limitada. Por separado, también creo que es particularmente emocionante para aplicaciones como la realidad aumentada donde estás interactuando con el mundo físico y necesitas conocer las ubicaciones de los objetos a tu alrededor".
Esta no es la primera tecnología de detección de profundidad inspirada en arañas saltadoras, según la fuente. Científicos de Harvard desarrollaron previamente un dispositivo propio basado en el mismo principio biológico.
El desarrollo de la SpiderCam responde a una necesidad creciente en el campo de la tecnología portátil y robótica, donde la eficiencia energética determina la viabilidad de los dispositivos en aplicaciones prácticas. La capacidad de procesar información tridimensional en tiempo real con un consumo mínimo de energía abre posibilidades para dispositivos de asistencia que operan durante períodos prolongados sin recarga, así como para drones y robots que deben maximizar su autonomía de batería.
La miniaturización del prototipo actual representa uno de los principales desafíos técnicos pendientes, según se desprende de la información proporcionada por la universidad. El dispositivo actual es considerablemente más grande que el producto final previsto, lo que requerirá avances adicionales en ingeniería de hardware para alcanzar las dimensiones necesarias para su integración en dispositivos portátiles y sistemas robóticos compactos.
