向蝗虫取经!科学家开发微型防撞传感器 两秒内即可做出反应

向蝗虫取经!科学家开发微型防撞传感器 两秒内即可做出反应

一种新传感器可能有助于无人机、机器人和自动驾驶汽车未来的防撞技术开发,其灵感来自成群结队的蝗虫。

蝗虫以每小时2-3英里的速度成群结队地飞行,但它们能够在几百毫秒内做出规避动作以避免碰撞。

美国研究人员开发了蝗虫特有的一种特殊神经元的电子版本,这种神经元可以让蝗虫在不消耗太多能量的情况下做出快速反应。

目前的自动驾驶汽车碰撞传感器往往又大又重,与之不同的是,这种灵感来自昆虫的探测器非常小,可以在两秒钟内做出反应。

该论文的作者、宾夕法尼亚州立大学的工程师Saptarshi Das说:“我们一直在寻找具有不同寻常能力的动物,那些比人类做得更好的动物。”

“昆虫的视觉是人们经常用来设计自动系统的东西,因为它们会飞行却不会碰撞,但后来我们发现蝗虫是独一无二的。”

与其他昆虫不同,蝗虫使用单一的、专门的神经元来避免碰撞——专家称之为Lobula Giant Movement Detector,简称LGMD。

“所以我们开始研究它是如何工作的,蝗虫真是令人难以置信。这些生物所能做的是非常令人羞愧的,”Das博士补充道。

研究人员发现,LGMD神经元对两种信号做出反应——一种来自眼睛,当看到一只接近的蝗虫时,它会被触发,并随着其他昆虫的靠近而增长——另一种则是蝗虫的相对角速度。

“因为神经元有两个分支,蝗虫计算出这两个输入的变化,并意识到有东西将会碰撞,所以躲避的蝗虫改变了方向,”宾州州立大学的工程师Darsith Jayachandran说。

基于蝗虫特殊的避撞机制,研究人员利用由单层硫化钼制成的光探测器开发了一种纳米大小的碰撞传感器。

他们把这个装置放在一个微小的可编程记忆电路上,这两种电路只用少量的能量就能模拟蝗虫飞行时的神经元反应。

该团队表示,这项研发“是朝着智能、低成本、特定任务、节能和小型化防撞系统发展的一大步。”

Das博士说:“蝗虫只能避免与其他蝗虫的碰撞,而我们的设备可以探测到各种物体以不同速度发生的潜在碰撞。”

随着初步研究的完成,研究人员现在需要优化他们的设备以处理直接碰撞以外的情况——这正是目前的设置所做的调整。

“我们不能对每一种情况都进行测量。所以我们开发了一个数值模型,”同样来自宾夕法尼亚大学的论文作者和工程师Aaryan Oberoi补充道。

“我们还可以测试多台设备在同一个芯片上是否会更好地工作。到目前为止,看起来单个设备就足够了。然而,多像素碰撞检测器阵列可以在3D空间提供防撞,”他补充道。

这项研究的全部结果发表在《自然电子》杂志上。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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