一種新傳感器可能有助于無人機(jī)、機(jī)器人和自動(dòng)駕駛汽車未來的防撞技術(shù)開發(fā)，其靈感來自成群結(jié)隊(duì)的蝗蟲。
蝗蟲以每小時(shí)2-3英里的速度成群結(jié)隊(duì)地飛行，但它們能夠在幾百毫秒內(nèi)做出規(guī)避動(dòng)作以避免碰撞。
美國研究人員開發(fā)了蝗蟲特有的一種特殊神經(jīng)元的電子版本，這種神經(jīng)元可以讓蝗蟲在不消耗太多能量的情況下做出快速反應(yīng)。
目前的自動(dòng)駕駛汽車碰撞傳感器往往又大又重，與之不同的是，這種靈感來自昆蟲的探測(cè)器非常小，可以在兩秒鐘內(nèi)做出反應(yīng)。
該論文的作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)的工程師Saptarshi Das說:“我們一直在尋找具有不同尋常能力的動(dòng)物，那些比人類做得更好的動(dòng)物。”
“昆蟲的視覺是人們經(jīng)常用來設(shè)計(jì)自動(dòng)系統(tǒng)的東西，因?yàn)樗鼈儠?huì)飛行卻不會(huì)碰撞，但后來我們發(fā)現(xiàn)蝗蟲是獨(dú)一無二的?！?/span>
與其他昆蟲不同，蝗蟲使用單一的、專門的神經(jīng)元來避免碰撞——專家稱之為Lobula Giant Movement Detector，簡稱LGMD。
“所以我們開始研究它是如何工作的，蝗蟲真是令人難以置信。這些生物所能做的是非常令人羞愧的，”Das博士補(bǔ)充道。
研究人員發(fā)現(xiàn)，LGMD神經(jīng)元對(duì)兩種信號(hào)做出反應(yīng)——一種來自眼睛，當(dāng)看到一只接近的蝗蟲時(shí)，它會(huì)被觸發(fā)，并隨著其他昆蟲的靠近而增長——另一種則是蝗蟲的相對(duì)角速度。
“因?yàn)樯窠?jīng)元有兩個(gè)分支，蝗蟲計(jì)算出這兩個(gè)輸入的變化，并意識(shí)到有東西將會(huì)碰撞，所以躲避的蝗蟲改變了方向，”賓州州立大學(xué)的工程師Darsith Jayachandran說。
基于蝗蟲特殊的避撞機(jī)制，研究人員利用由單層硫化鉬制成的光探測(cè)器開發(fā)了一種納米大小的碰撞傳感器。
他們把這個(gè)裝置放在一個(gè)微小的可編程記憶電路上，這兩種電路只用少量的能量就能模擬蝗蟲飛行時(shí)的神經(jīng)元反應(yīng)。
該團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研發(fā)“是朝著智能、低成本、特定任務(wù)、節(jié)能和小型化防撞系統(tǒng)發(fā)展的一大步?！?/span>
Das博士說:“蝗蟲只能避免與其他蝗蟲的碰撞，而我們的設(shè)備可以探測(cè)到各種物體以不同速度發(fā)生的潛在碰撞。”
隨著初步研究的完成，研究人員現(xiàn)在需要優(yōu)化他們的設(shè)備以處理直接碰撞以外的情況——這正是目前的設(shè)置所做的調(diào)整。
“我們不能對(duì)每一種情況都進(jìn)行測(cè)量。所以我們開發(fā)了一個(gè)數(shù)值模型，”同樣來自賓夕法尼亞大學(xué)的論文作者和工程師Aaryan Oberoi補(bǔ)充道。
“我們還可以測(cè)試多臺(tái)設(shè)備在同一個(gè)芯片上是否會(huì)更好地工作。到目前為止，看起來單個(gè)設(shè)備就足夠了。然而，多像素碰撞檢測(cè)器陣列可以在3D空間提供防撞，”他補(bǔ)充道。
這項(xiàng)研究的全部結(jié)果發(fā)表在《自然電子》雜志上。
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