Robótica

Simulador de voo de moscas dá novas dicas para visão artificial

Simulador de voo de moscas dá novas dicas para visão artificial
Padrões de voo específicos são simulados controlando o campos de fluxo ópticos apresentados à mosca. [Imagem: MPI Neurobiologie]

Cérebro poderoso

Moscas são chatas e desagradáveis. Mas uma coisa é preciso admitir: elas são voadoras excepcionais - são rápidas, mudam de direção subitamente, pairam no ar, giram ao redor do próprio eixo durante o voo e conseguem pousar precisamente sem nenhuma desaceleração perceptível.

Inspirados nessas capacidades de voo e de manobras, e decididos a melhorar a capacidade visual dos robôs, cientistas da Universidade de Munique e do Instituto Max Planck, ambos na Alemanha, decidiram desvendar os segredos por trás dessas habilidades - afinal de contas, como é que o minúsculo cérebro de uma mosca consegue processar a multiplicidade de sinais e de imagens que chegam até ele a cada segundo?

Enquanto os robôs atuais têm dificuldades em navegar até mesmo entre objetos parados, as moscas são capazes de desviar de uma mão que tenta agarrá-las em uma fração de segundo. Os primeiros robôs que começam a ser dotados de capacidades comparáveis de velocidade de reação ainda são fixos e conseguem lidar tão-somente com objetos definidos - veja Mão robótica pega bola no ar e Apresentadas as mãos robóticas mais rápidas do mundo.

Processamento visual

A destreza das moscas é possível graças a um processamento visual bastante superior ao humano. Enquanto um olho humano entende uma sequência de apenas 25 imagens por segundo como se fosse um movimento contínuo, uma mosca percebe até 100 imagens por segundo como imagens discretas, interpretando-as com rapidez suficiente para determinar precisamente sua posição no espaço e desviar-se de qualquer obstáculo, fixo ou em movimento.

Para testar suas hipóteses e serem capazes de simular o processamento de imagens com uma eficiência comparável ao do cérebro desses insetos, os cientistas decidiram criar uma ferramenta de pesquisa pouco usual: um simulador de voo para moscas.

Simulador de voo para moscas

Usando o simulador, os cientistas estão conseguindo acompanhar em tempo real o que acontece no cérebro das moscas enquanto elas estão voando. O objetivo da pesquisa é, uma vez descoberto o segredo de tamanho destreza no voo, colocar essas informações a serviço do homem, equipando robôs que se tornarão capazes de captar de forma independente o que está acontecendo no ambiente ao seu redor.

As câmeras digitais usadas como "olhos" dos robôs são capazes de captar uma quantidade enorme de imagens. Processá-las, contudo, é um desafio à parte.

Para descobrir como o cérebro das moscas faz isso, os cientistas construíram o simulador de voo para que as moscas voem como se estivessem em um ambiente natural, mas permanecendo o tempo todo presas. Desta foram, os cientistas podem acompanhar, por meio de eletrodos, o que está acontecendo em seu cérebro.

A mosca é inserida em uma espécie de ambiente imersivo, onde telas são utilizadas para mostrar imagens em movimento ao redor de uma sala repleta de obstáculos. O estímulo para que a mosca voe é dado por um fluxo de vento.

Campos de fluxo óptico

Segundo o professor Alexander Borst, os primeiros resultados mostram uma coisa claramente: a forma como as moscas processam as imagens captadas por seus olhos imóveis é totalmente diferente da forma como os humanos processamos os sinais visuais.

Os movimentos produzem os chamados "campos de fluxo óptico", que caracterizam tipos específicos de movimento. Quando a mosca se move para a frente, por exemplo, os objetos vão passando ao seu lado, enquanto os objetos à frente começam a parecer maiores. Objetos próximos parecem se mover diferentemente dos objetos distantes.

O primeiro passo que o cérebro da mosca deve dar é construir um modelo desses movimentos. A velocidade e a direção com que esses objetos parecem se mover à frente dos olhos da mosca gera, a cada instante, um padrão típico de vetores de movimento, o campo de fluxo óptico.

Em um segundo passo, o campo de fluxo é avaliado por uma estrutura de alto nível do centro visual do cérebro, a chamada placa lobular. Em cada hemisfério há apenas 60 nervos responsáveis por essa tarefa, cada um reagindo com intensidade específica quando se defronta com o padrão apropriado para ele.

Simulando o cérebro de uma mosca

Para fazer a análise dos campos de fluxo óptico, é importante que as informações sobre o movimento captados pelos dois olhos sejam integradas. Isso é feito por meio de uma conexão direta de neurônios, chamados células VS. Desta forma, a mosca obtém um dado preciso sobre sua posição e movimento.

O entendimento do papel preciso das células VS é destacado pelo professor Borst como um dos principais avanços da pesquisa.

Agora os pesquisadores vão começar a desenvolver pequenos robôs voadores cujo sistema de posicionamento e movimento em voo será controlado por um programa de computador projetado para replicar o que acontece no cérebro das moscas.

O objetivo de longo prazo da pesquisa é a criação de máquinas inteligentes ao menos no aspecto de movimento, que possam transitar entre as pessoas sem riscos para elas e nem para o robô.





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