Científicos de EE.UU. desarrollan sensor inspirado en el ojo humano para mejorar visión de vehículos autónomos

Los vehículos autónomos actuales están equipados con cámaras, sistemas LiDAR y radar, pero estos sensores todavía tienen dificultades para manejar condiciones de iluminación que cambian rápidamente entre luz y oscuridad, según investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania. El equipo científico desarrolló un sensor electrónico inspirado en el mecanismo biológico del ojo humano que podría resolver esta limitación tecnológica.

El ojo humano se adapta a los contrastes de iluminación mediante un proceso complejo que involucra células especializadas en la retina, según explica el estudio. Las células bastón permiten ver en condiciones de poca luz, mientras que las células cono son responsables de reconocer colores y detalles pequeños en luz brillante. Cuando las condiciones brillantes y oscuras están presentes simultáneamente, los pigmentos en las células bastón se "blanquean" brevemente y luego se regeneran lentamente, mientras los conos continúan funcionando normalmente, permitiendo distinguir todos los detalles.

El equipo de investigación intentó recrear este proceso utilizando sensores electrónicos diminutos llamados fotomemristores. El término "memristor" combina las palabras "memoria" y "resistor", según los investigadores. Un fotomemristor es un tipo especial de memristor diseñado específicamente para detectar y almacenar información sobre la luz. Con un grosor de menos de un milímetro, este sensor actúa básicamente como una neurona en el cerebro, procesando y conservando la información incluso después de que la señal original desaparece.

Los fotomemristores ya se utilizan ampliamente en sistemas ópticos y cámaras avanzadas, pero están diseñados para condiciones de iluminación consistentes, según el estudio. Esto significa que funcionan igualmente bien tanto en entornos oscuros como brillantes, pero no cuando el brillo y la oscuridad están presentes al mismo tiempo. Los científicos asumieron el desafío de crear un nuevo tipo de memristor que pudiera eliminar este problema.

Para este experimento, los investigadores construyeron sus memristores utilizando un plástico conductor elástico similar a un gel (PEDOT:PSS) y óxido de titanio (TiO2), un compuesto en polvo derivado del titanio, según el estudio publicado en Nature Communications. El óxido de titanio captura la luz ambiental y la convierte en una corriente eléctrica. Esta corriente luego pasa a través de la superficie de la capa de plástico, controlando cuánta agua absorbe del entorno circundante.

En condiciones oscuras, el plástico absorbe agua más rápido. En condiciones brillantes, libera esa agua, secándose. Este mecanismo permite que el sistema ajuste automáticamente su sensibilidad a la luz según el brillo de su entorno, según los investigadores.

Las pruebas mostraron que los nuevos fotomemristores podían detectar luz ultravioleta con mayor precisión y consistencia que los tradicionales, según el estudio. Los investigadores también realizaron pruebas utilizando letras iluminadas, similares a las utilizadas en exámenes oculares. El sistema mostró más del 95% de precisión en el reconocimiento de las formas de las letras en condiciones de iluminación mixta.

Aunque el ojo humano es bastante adaptable a cambios extremos y rápidos de luz, normalmente tarda entre 20 y 30 minutos en adaptarse completamente, según los investigadores. Estos nuevos fotomemristores podrían potencialmente adaptarse mucho más rápido mientras capturan y procesan todos los detalles finos.

El estudio fue dirigido por el profesor Larry Cheng de la Universidad Estatal de Pensilvania. Según los investigadores, si el proyecto tiene éxito, esta tecnología podría mejorar los vehículos autónomos, hacer que los robots sean más adaptables, mejorar los sistemas de cámaras avanzadas e incluso servir como ayuda visual para personas con discapacidades visuales.

Conducir de noche representa un desafío considerable incluso para los humanos, según el estudio. Existe el resplandor de las farolas, las luces brillantes de los vehículos que vienen en sentido contrario y los cielos oscuros en el fondo. El ojo humano se adapta a estos contrastes de iluminación bastante rápido sin que lo notemos demasiado, pero hay un mecanismo bastante complejo detrás de eso.

Los investigadores señalan que todavía queda mucho trabajo por delante para el equipo de investigación. La tecnología se encuentra en fase experimental y requerirá pruebas adicionales antes de poder implementarse en aplicaciones comerciales. Sin embargo, los resultados preliminares sugieren que el enfoque biomimético podría representar un avance significativo en la capacidad de los sistemas autónomos para operar en condiciones de iluminación variables, un problema que ha limitado el despliegue generalizado de vehículos autónomos en entornos urbanos complejos.