Cada día surgen nuevos desarrollos que buscan solucionar los problemas a los que se enfrenta el ser humano. Y los investigadores de la Universidad Estatal de Georgia crearon recientemente un dispositivo de visión artificial para robots de tamaño micro.

El llamado “Electronic Eye” (“Ojo Electrónico”) incorpora una novedosa arquitectura de apilamiento vertical, que le permite escalar y operar a niveles micro, y logra una mayor profundidad de reconocimiento de colores y escalabilidad.

“Este trabajo es el primer paso hacia nuestro destino final: desarrollar una cámara a microescala para microrobots”, explica a Metro Sidong Lei, profesor asistente de Física de la Universidad Estatal de Georgia y que dirigió la investigación.

La nueva y exclusiva técnica de agrupamiento desarrollada por los investigadores ofrece un enfoque novedoso para el diseño de hardware y consigue una importante disminución del tamaño del dispositivo.

“La extrema delgadez, la flexibilidad mecánica y la estabilidad química de estos nuevos materiales semiconductores nos permiten apilarlos en órdenes arbitrarios. Así que, en realidad, estamos introduciendo una estrategia de integración tridimensional en contraste con la actual disposición planar de la microelectrónica”, dijo Ningxin Li, estudiante de posgrado en el Estudio de Materiales Funcionales del Dr. Lei que formó parte del equipo de investigación.

Además de la ventaja de su diminuto tamaño, este ojo eléctrico biomimético ha mejorado el reconocimiento del color, que es la función de visión más crítica de la que se carece en la actualidad debido a la dificultad de reducir la escala de los dispositivos de detección del color existentes.

Esta nueva tecnología también podría ser muy útil en los exámenes médicos, la neurocirugía e incluso para los discapacitados visuales.

“Esperamos que estas ventajas sobre las cámaras convencionales puedan aprovecharse para ayudar a las personas con discapacidad visual”, concluyó Lei.

Aplicaciones del ojo electrónico

- Microrobótica.

- En robots a microescala que realizan trabajos en espacios reducidos y requieren gran precisión.

- Exámenes médicos en sistemas digestivos y cardíacos.

- Asistencia en neurocirugía sofisticada.

- Exploración de entornos exóticos, como Marte.

- Desarrollo de prótesis visuales.

- Percepción de elementos de color para los discapacitados visuales.

Entrevista

Sidong Lei,

profesor adjunto de física de la Universidad Estatal de Georgia, EE.UU.

P: ¿Por qué desarrolló el “ojo electrónico”?

- Creo que todo el mundo se ha dado cuenta de que nuestros aparatos electrónicos actuales son mucho más pequeños que los de hace diez años, pero con una mayor funcionalidad. Un ejemplo llamativo son nuestros teléfonos móviles. Pero también podemos comprobar que las voluminosas y pesadas cámaras réflex, en lugar de las diminutas integradas en nuestros teléfonos móviles, siguen siendo la primera opción cuando se necesitan imágenes de alta calidad. Esto indica que, a diferencia de otros productos electrónicos, las cámaras no pueden tener al mismo tiempo un tamaño pequeño y un alto rendimiento. Otro ejemplo para ilustrar este punto es que la cámara endoscópica más pequeña actualmente tiene el mismo tamaño que un sésamo, pero sólo tiene una baja resolución de 200 por 200 píxeles. Esto motivó a nuestro equipo a pensar en los cuellos de botella que limitan la reducción de escala de las cámaras de alto rendimiento y a tratar de idear una estrategia para superar estos problemas.

P: ¿Cómo funciona?

- Si amplía la pantalla de su ordenador, podrá comprobar que todos los colores son generados por las combinaciones de píxeles de color rojo, verde y azul. Esto se debe a que nuestros ojos sólo perciben estos tres colores, y es nuestro cerebro el que los combina y regenera otros colores, por ejemplo, el amarillo, el morado, el cian, etc. A estos colores primarios los llamamos RGB para abreviar. La cámara funciona según el mismo principio para el reconocimiento de los colores. Sin embargo, los sensores de rojo, verde y azul de las cámaras convencionales suelen estar dispuestos uno al lado del otro en el mismo plano y, por tanto, ocupan mucho espacio. En cambio, nuestros nuevos materiales semiconductores nos permiten apilar estos sensores rojo, verde y azul verticalmente, con lo que se ahorra mucho espacio y se reduce el tamaño de la cámara.

P: ¿Cómo podría utilizarse?

- Una de las aplicaciones más prometedoras es el campo emergente de la microrobótica. Este campo pretende desarrollar robots a microescala para realizar trabajos en espacios reducidos y que requieran una gran precisión. Esperamos que, en un futuro próximo, podamos utilizarlos para realizar exámenes médicos en sistemas digestivos y cardíacos o ayudar en sofisticadas neurocirugías. También podemos aprovecharlas para explorar entornos exóticos, como Marte. Teniendo en cuenta el volumen ultrapequeño y el peso ligero de estas diminutas máquinas, la exploración del universo será mucho más barata, pero más extensa y masiva. Por ello, los principales institutos de investigación están dedicando enormes esfuerzos a la miniaturización de transceptores inalámbricos, procesadores, motores, baterías y muchas otras unidades funcionales con este objetivo. Pero la miniaturización de las cámaras rara vez se consigue, debido al cuello de botella que acabamos de mencionar. Esperamos que nuestro trabajo pueda llenar este vacío y dotar al microrobot de un sentido de la visión.

P: ¿Cómo podría su tecnología ayudar a los discapacitados visuales?

- Esperamos que las ventajas de nuestro dispositivo sobre las cámaras convencionales puedan aprovecharse para ayudar a las personas con discapacidad visual. Pero, por supuesto, la eventual puesta en práctica de este objetivo necesita la colaboración de múltiples campos, incluida la tecnología de interfaz cerebro-ordenador. Además, el número de píxeles y la resolución aún están limitados por el tamaño de los nuevos materiales semiconductores empleados en nuestro estudio. Pero a medida que los materiales semiconductores a escala de oblea estén disponibles, los sensores de imagen de alta definición basados en nuestra técnica serán alcanzables.