S7 Sistemas artificiales y robóticos

Tópico

Este sistema artificial de percepción implementa principios físicos análogos a los de sistemas biológicos, aunque mediante tecnologías y rangos de operación diferentes. Una cámara digital constituye el análogo artificial más directo de un ojo: su límite fundamental incluye el ruido de disparo, originado en la naturaleza estadística y discreta de los fotones que llegan a cada píxel, similar al límite que ya establece otro modelo de este conjunto sobre una retina biológica. Los sensores científicos de alta sensibilidad pueden alcanzar una eficiencia cuántica muy elevada y detectar señales correspondientes a muy pocos fotoelectrones. Que un píxel reciba una mayor cantidad de fotoelectrones hace que la relación entre señal y ruido de disparo mejore aproximadamente con la raíz cuadrada de esa cantidad.

El LiDAR constituye, en cambio, un análogo artificial de la ecolocalización que ya establece otro modelo de este conjunto: emite un pulso láser hacia un objeto y mide el tiempo que tarda su reflexión en regresar. Su resolución angular está limitada por factores que incluyen la difracción y la apertura óptica, mientras que su resolución en distancia depende de la precisión con que puede determinarse el tiempo de vuelo. Que el pulso y la medición temporal sean más precisos permite distinguir diferencias de distancia cada vez menores, haciendo del LiDAR una tecnología importante para la percepción tridimensional de sistemas autónomos.

El radar utiliza ondas electromagnéticas y su alcance depende de factores como la potencia emitida, la ganancia de las antenas, las pérdidas de propagación y la sección eficaz de radar del objeto. Debido a la fuerte dependencia del nivel de señal recibida con la distancia, aumentar significativamente el alcance puede exigir grandes incrementos de potencia u otras mejoras del sistema. Un radar de apertura sintética aprovecha, en cambio, el movimiento de su plataforma para combinar coherentemente observaciones tomadas desde posiciones diferentes y sintetizar una apertura mucho mayor que la antena física. Que aumente la apertura sintética efectiva permite, dentro de los límites del sistema, mejorar la resolución espacial obtenida.

La fusión entre una unidad de medición inercial y un receptor de posicionamiento satelital mediante un filtro de Kalman extendido constituye un método habitual de navegación autónoma. La unidad inercial aporta información de alta frecuencia, pero su error deriva progresivamente con el tiempo, de manera comparable al comportamiento de sensores vestibulares que ya establece otro modelo de este conjunto. El receptor satelital proporciona, en cambio, una referencia absoluta de posición, normalmente a menor frecuencia y afectada por su propio ruido. El filtro combina ambas fuentes para estimar continuamente el estado del sistema. Que la unidad inercial acumule una mayor deriva entre actualizaciones satelitales hace que la nueva observación externa produzca una corrección mayor de la estimación, dependiendo de las incertidumbres atribuidas a cada sensor.

Finalmente, una red neuronal convolucional puede procesar las imágenes producidas por esta cámara mediante una jerarquía artificial comparable, en algunos aspectos funcionales, con la jerarquía visual cortical que ya establece otro modelo de este conjunto. Las convoluciones extraen patrones locales mediante filtros compartidos espacialmente, mientras capas sucesivas construyen representaciones progresivamente más abstractas a partir de las anteriores. Así, características simples pueden combinarse para representar estructuras, partes y finalmente objetos completos. Que esta red disponga de una mayor profundidad y capacidad puede permitirle construir representaciones más complejas, siempre que su arquitectura, entrenamiento y cantidad de datos sean adecuados para la tarea considerada.

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