Des yeux artificiels inspirés par la mante religieuse

Les voitures autonomes rencontrent parfois des difficultés à traiter les objets statiques ou se déplaçant lentement dans l’espace 3D. Une nouvelle technologie inspirée par la vision des mantes religieuses pourrait bien changer la donne.

Les chercheurs de l’Université de Virginie ont développé des yeux artificiels qui surmontent les limitations des systèmes visuels actuels des machines. En s’inspirant de la vision binoculaire des mantes religieuses, ces yeux artificiels utilisent des matériaux semi-conducteurs flexibles et des technologies optoélectroniques avancées.

Fonctionnement et avantages des yeux biomimétiques

Les yeux artificiels conçus par l’équipe intègrent des microlentilles et des photodiodes multiples, produisant un courant électrique lorsqu’elles sont exposées à la lumière. Cette conception permet de reproduire la géométrie hémisphérique et les positions facettées des yeux de la mante religieuse, offrant ainsi un champ de vision large et une perception de la profondeur supérieure.

Byungjoon Bae, candidat au doctorat au Département d’ingénierie électrique et informatique Charles L. Brown, explique : « Réaliser le capteur en géométrie hémisphérique tout en maintenant sa fonctionnalité est une réalisation de pointe, fournissant une conscience spatiale précise en temps réel, essentielle pour les applications interagissant avec des environnements dynamiques. »

Réduction de la consommation énergétique

Les applications potentielles de cette technologie incluent les véhicules à faible consommation d’énergie, les drones, les véhicules autonomes, les systèmes de surveillance et de sécurité, ainsi que les dispositifs de maison intelligente. Parmi les découvertes importantes de l’équipe figure une réduction potentielle de la consommation d’énergie de plus de 400 fois par rapport aux systèmes visuels traditionnels.

Plutôt que d’utiliser l’informatique en nuage, le système de Lee peut traiter l’information visuelle en temps réel, éliminant presque les coûts de transfert de données et de calcul externe, tout en minimisant la consommation d’énergie. Bae souligne : « La percée technologique de ce travail réside dans l’intégration de matériaux semi-conducteurs flexibles, de dispositifs conformes qui préservent les angles exacts au sein du dispositif, d’un composant mémoire intégré au capteur et d’algorithmes de post-traitement uniques. »

Perception spatiotemporelle 3D en temps réel

Le capteur surveille en continu les changements dans la scène, identifiant les pixels modifiés et encodant ces informations en ensembles de données plus petits pour le traitement. Cette approche reflète la manière dont les insectes perçoivent le monde à travers des indices visuels, différenciant les pixels entre les scènes pour comprendre les mouvements et les données spatiales.

Les yeux de la mante religieuse sont uniques car, comme les humains, ils utilisent la stéréopsie — voir avec les deux yeux pour percevoir la profondeur — en plus de leurs géométries oculaires composées hémisphériques et du parallaxe de mouvement pour comprendre leur environnement.

Kyusang Lee, professeur associé au département avec une nomination secondaire en science et ingénierie des matériaux, déclare : « La fusion transparente de ces matériaux et algorithmes avancés permet une perception spatiotemporelle 3D en temps réel, efficace et précise. »

« Le travail de notre équipe représente une avancée scientifique significative qui pourrait inspirer d’autres ingénieurs et scientifiques en démontrant une solution biomimétique astucieuse aux défis complexes du traitement visuel », ajoute-t-il.

Article : « High-temperature quantum valley Hall effect with quantized resistance and a topological switch » – DOI: 10.1126/science.adj3742