Uma equipe de pesquisadores da Universidade Vanderbilt, liderada pelo professor de engenharia mecânica Jason Valentine, apresentou recentemente uma inovadora lente plana nanoestruturada, também conhecida como meta-imager, capaz de revolucionar as aplicações nas áreas de visão de máquina e visão computacional (ZHENG, 2023).
O trabalho, publicado na Nature Nanotechnology, propõe substituir as tecnologias ópticas tradicionais por essa nova abordagem, proporcionando imagens mais nítidas em alta velocidade e com menor consumo de energia.
Como funcionam as novas lentes plana nanoestruturadas
A chave para essa inovação tecnológica está na nanoestruturação do material da lente, que a transforma em um filtro pré-processador de imagens.
Essa técnica reduz significativamente a espessura normalmente robusta das lentes ópticas, permitindo um processamento visual mais eficiente através da pré-codificação de informações visuais.
As imagens são projetadas para operar em conjunto com um backend digital, distribuindo operações computacionalmente intensivas em circuitos ópticos de alta velocidade e baixo consumo energético.
operações de convolução em uma rede neural digital. Valores positivos e negativos são diferenciados e registrados como mapas de características por um fotodetector sensível à polarização.
Imagem: ZHENG, 2023.
O potencial dessa tecnologia de imagem é vasto, abrangendo aplicações em sistemas de segurança, medicina e indústrias governamentais e de defesa.
Valentine destaca a versatilidade da abordagem: “Graças à sua compacidade, alta velocidade e baixo consumo de energia, nossa abordagem pode encontrar uma ampla gama de aplicações em inteligência artificial, segurança da informação e visão de máquina“.
O design do meta-imager desenvolvido pela equipe é notável por sua arquitetura altamente paralela, preenchendo a lacuna entre o mundo natural e os sistemas digitais.
Segundo os pesquisadores, devido à sua eficiência óptica, essa tecnologia pode oferecer contribuições significativas em diversas áreas de pesquisa relacionadas a compactação de dados, processamento visual e eficiência energética.
Como as novas lentes foram testadas
O processo de desenvolvimento do meta-imager começou com a otimização de uma ótica composta por duas lentes de metassuperfície, responsáveis por codificar informações para tarefas específicas de classificação de objetos.
Foram fabricadas duas versões, treinadas em bancos de dados de números manuscritos e imagens de roupas comumente usadas para testar sistemas de aprendizado de máquina.
Em testes experimentais, a tecnologia apresentou uma precisão de 98,6% na classificação de números manuscritos e 88,8% na categorização de imagens de roupas.
O futuro desse campo certamente será moldado pela convergência entre nanoestruturação e aprendizado de máquina, e o meta-imager da Vanderbilt University destaca-se como um precursor nesse caminho promissor.
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Referências
ZHENG, Hanyu et al. Intelligent Multi-channel Meta-imagers for Accelerating Machine Vision. arXiv preprint arXiv:2306.07365, 2023. Disponível em: <link>. Acesso em: 2 jan 2024.
Cite-nos
SANTOS, Fábio. Lente plana nanoestruturada usa aprendizado de máquina para “ver” com mais eficiência. Ciência Mundo, jan 2024. Disponível em: . Acesso em: 05 maio 2024.
Graduado em Sistemas de Informação pela FEUC-RJ e mestre em Representação de Conhecimento e Raciocínio pela UNIRIO. Fábio é editor e fundador do portal Ciência Mundo. É dedicado à produção de conteúdos relacionados a astronomia, física, arqueologia e inteligência artificial.
