Insecten inspireren onderzoekers van de University of South Australia om nieuwe technologie te creëren op basis van hun buitengewone visie.

De visuele verwerkingsvaardigheden van de libel zijn niet alleen de afgunst van het dierenrijk, maar ook de menselijke. Ze kunnen onder zeer strikte controle in de lucht blijven, wachtend op potentiële partners, prooi of roofdieren. Met hun gezichtsvermogen van bijna 360 graden kunnen ze doelen onderscheiden tegen een rommelige achtergrond en vervolgens de juiste actie ondernemen.

Dokter Russell Brinkworth, een UniSA-neurowetenschapper, mechatronisch ingenieur en robotica-expert, en professor Anthony Finn, Directeur van het Defense and Systems Institute bij UniSA en een expert op het gebied van sensorverwerking en autonome systemen, gebruiken insectenhersenen als inspiratie voor vision-systemen in computers.

Zes jaar lang werkte Dr. Brinkworth met een klein team dat nauwgezet de neurologie van het vroege zichtsysteem van de zweefvlieg en libel heeft gemeten en gemodelleerd. In de afgelopen acht jaar is hij, Prof Finn, en een groeiend team van wetenschappers op UniSA's Mawson Lakes Campus, hebben de visuele functionaliteit van deze insecten nagebootst en gebruiken ze als basis om detectiesystemen in camera's te verbeteren.

Hun bio-geïnspireerde onderzoek heeft een scala aan toepassingen, van het ontwikkelen van bionische ogen tot het verbeteren van de navigatiesystemen van zelfrijdende auto's, drones spotten in gecompliceerde omgevingen, het scannen van bossen om gedetailleerde informatie over individuele bomen vast te leggen, het verbeteren van gezichtsherkenningstechnieken, en zelfs het observeren van dieren in het wild in dicht gecamoufleerde gebieden.

Door de visuele algoritmen van de libel te repliceren in een computermodel, de onderzoekers bouwen sensorsystemen die objecten kunnen vinden in scènes die heel helder of heel donker zijn, hoge of lage contrasten hebben, en bevinden zich in complexe en obscure landschappen - iets waar computers momenteel niet goed in zijn.

"Libellen hebben hetzelfde vermogen als mensen, dieren en andere insecten om zich aan te passen aan donkere en lichte omgevingen, " Dr. Brinkworth zegt. "Ze hebben ook superieure tracking- en detectievaardigheden. Al deze visuele processen kunnen in kaart worden gebracht om ons te helpen systemen te bouwen die in complexe omgevingen kunnen werken.

"De reden dat er enkele dodelijke ongevallen zijn geweest met auto's zonder bestuurder, is omdat er meer vooruitgang moet worden geboekt op het gebied van visuele verwerking. De huidige camerasystemen worstelen met het onderscheid tussen licht en donker en verschillende objecten. Ons onderzoek helpt dit aan te pakken.

"biologisch, de structuur van het menselijk oog is nauwelijks te vergelijken met de ogen van insecten en de twee soorten nemen de dingen heel anders waar. Echter, de manier waarop insecten visuele informatie verwerken, lijkt opmerkelijk veel op mensen.

"We nemen de algoritmen die insecten gebruiken, en we passen ze aan onze doeleinden aan, of het nu gaat om het verbeteren van camerabeelden of het verbeteren van gezichtsherkenning."

Dezelfde biologisch geïnspireerde algoritmen kunnen ook worden toegepast op geluid, waardoor het gemakkelijker wordt om naar objecten te luisteren in lawaaierige omgevingen.

Dit betekent dat kleine, stil, langzaam bewegende doelen, zoals drones, kunnen worden gevolgd op basis van zowel hun visuele als akoestische handtekeningen.

Met behulp van hun beeldverwerkingsvaardigheden en detectie-expertise, Prof Finn en Dr. Brinkworth leiden ook een UniSA-project om de groeiende wereldwijde dreiging van IED-dragende drones te helpen bestrijden.

Geïmproviseerde explosieven behoren tot de dodelijkste wapens in moderne oorlogsvoering, het doden of verwonden van meer dan 3000 soldaten in Afghanistan in 2017.

Deze bewapening van drones door terreurgroepen heeft ertoe geleid dat de Defense Science and Technology (DST) Group onderzoekers en experts uit de industrie en de academische wereld heeft uitgenodigd om met technologische oplossingen te komen.

Het project van Prof Finn en Dr. Brinkworth is een van de slechts 14 succesvolle Grand Challenge-voorstellen (uit meer dan 200 aanvragen) om financiering te winnen van het Next Generation Technologies Fund van $ 730 miljoen.

Met behulp van het algoritme dat is geïnspireerd op de neurologie en fysiologie van insecten, hun onderzoeksteam heeft elektro-optische, infrarood- en akoestische sensortechnologieën die op afstand bestuurde vliegtuigen op indrukwekkende afstanden kunnen detecteren.

"Wat we hebben gedaan, is om het model van de zweefvlieg voorbij de biologie en simulatie over te zetten en op ingebedde computers te zetten, " zegt prof Finn. "Deze zijn klein, draagbare systemen waarmee we afbeeldingen en gegevens kunnen verwerken met ongeveer 100 frames per seconde, identificeren van doelen in zeer complexe omgevingen in realtime, zelfs als ze minder dan één beeldpixel innemen of praktisch onhoorbaar zijn."

"Als iemand de exploitatie van een grote luchthaven wil stopzetten, ze hoeven alleen maar een kleine drone in de buurt te laten vliegen. We zagen dit in december 2018 toen honderden vluchten werden geannuleerd op Gatwick Airport bij Londen na waarnemingen van drones in de buurt van een van de start- en landingsbanen."

In samenwerking met een in Sydney gevestigd bedrijf, Midspar-systemen, en de DST-groep, Prof Finn en Dr. Brinkworth zijn erin geslaagd het bereik waarop drones kunnen worden gedetecteerd aanzienlijk uit te breiden en tegelijkertijd het aantal valse alarmen in rommelige omgevingen "massief te verminderen".

Het dronedetectieproject zal naar verwachting eind 2020 worden afgerond.