Avec leur cerveau de la taille d’une graine de pavot, les minuscules araignées sauteuses sont capables de calculer les distances avec une grande efficacité. Image de Ryan Kaldari, sous licence CC0
En s’inspirant d’une astuce utilisée par de minuscules araignées sauteuses, des ingénieurs de l’Université Northwestern ont mis au point une caméra 3D extrêmement économe en énergie. Baptisée SpiderCam, cette nouvelle caméra perçoit la profondeur de la même manière que les araignées sauteuses évaluent les distances avant d’effectuer un saut précis. Pour ce faire, elle capture deux images de la même scène avec des réglages de mise au point légèrement différents et mesure les subtiles variations de flou entre les deux. Grâce à cette méthode, la caméra produit des cartes 3D en temps réel tout en consommant moins d’un watt, soit moins d’énergie qu’une veilleuse classique.
Cette innovation pourrait permettre le développement d’une nouvelle génération d’appareils alimentés par batterie qui doivent analyser leur environnement, comme les technologies portables, les dispositifs d’assistance, les robots et les drones.
Les co-premiers auteurs de l’étude, Marcos Ferreira et Tianao Li, ont présenté leurs travaux le 7 juin lors de la conférence de la Computer Vision Foundation sur la vision par ordinateur et la reconnaissance des formes à Denver.
« Les araignées sauteuses bondissent pour attraper leurs proies, échapper aux prédateurs et se déplacer, ce qui exige une excellente vision », explique Emma Alexander , de l’université Northwestern, auteure principale de l’étude. « Or, leur cerveau est minuscule – de la taille d’une graine de pavot – elles doivent donc calculer ces distances avec une grande efficacité. Nous souhaitions savoir si nous pouvions nous inspirer de ces principes pour créer un capteur de profondeur extrêmement économe en énergie, utilisable dans des environnements aux ressources limitées, où l’accès à l’énergie est restreint. »
Cette innovation pourrait permettre le développement d’une nouvelle génération d’appareils qui doivent analyser leur environnement, comme les technologies portables, les robots et les drones.
Expert en vision par ordinateur bio-inspirée, Alexander est professeur adjoint d’informatique à l’école d’ingénierie McCormick de Northwestern .
La plupart des caméras 3D estiment la profondeur soit en comparant des images prises sous plusieurs angles, soit en projetant et en mesurant la lumière. Bien que ces méthodes soient efficaces, elles peuvent nécessiter une puissance de calcul importante, un matériel coûteux et une consommation d’énergie supplémentaire. Afin d’éviter les coûts énergétiques liés à la mise en correspondance d’images et à la projection de lumière, Alexander et son équipe se sont inspirées des araignées sauteuses.
Contrairement aux yeux humains, qui ne possèdent qu’une seule rétine, les araignées sauteuses ont plusieurs couches de rétine dans chaque œil. Chaque couche rétinienne capte une image mise au point à une distance légèrement différente. Une couche peut percevoir un objet nettement, tandis qu’une autre le perçoit légèrement flou.
« Ils perçoivent simultanément plusieurs niveaux de netteté », explique Alexander. « Ils collectent donc en permanence des paires d’images. Leur cerveau peut ensuite comparer ces différences de netteté pour évaluer les distances. »
SpiderCam utilise une conception optique similaire. Tout d’abord, une caméra personnalisée capture simultanément deux images avec des réglages de mise au point légèrement différents. Un algorithme personnalisé, servant d’intermédiaire entre le flou et la distance, analyse ensuite les variations de netteté des contours et des textures entre les images. Enfin, il convertit ces différences en mesures de profondeur en temps réel.
Au lieu d’exécuter un logiciel complexe sur un processeur classique, l’équipe a intégré l’algorithme directement dans un FPGA (réseau de portes programmables) basse consommation, une puce informatique personnalisable optimisée pour un traitement écoénergétique. Le prototype obtenu génère des cartes de profondeur à 32,5 images par seconde tout en consommant seulement 624 milliwatts. Selon les chercheurs, SpiderCam est le premier système de caméra 3D passif basé sur un FPGA à fonctionner avec une consommation inférieure à un watt.
Pour l’avenir, les chercheurs prévoient d’améliorer l’optique de la caméra, d’élargir son champ de vision et d’intégrer cette technologie à des dispositifs portables et à de petits robots. Ils envisagent également de concevoir une puce sur mesure qui permettrait de réduire encore davantage la consommation d’énergie, rendant ainsi la vision 3D accessible à des applications où les capteurs de profondeur classiques sont inadaptés.
« Je m’intéresse beaucoup aux situations où les ressources sont très limitées et où il est impossible de simplement brancher une caméra sur une prise murale », a déclaré Alexander. « Par exemple, elle pourrait être déployée sur le terrain avec une alimentation électrique restreinte. Par ailleurs, je pense qu’elle est particulièrement prometteuse pour des applications comme la réalité augmentée, où l’on interagit avec le monde physique et où il est nécessaire de connaître la position des objets environnants. »
https://news.northwestern.edu/stories/2026/06/jumping-spiders-inspire-ultra-efficient-3d-camera
