一種新傳感器可能有助于無(wú)人機、機器人和自動(dòng)駕駛汽車(chē)未來(lái)的防撞技術(shù)開(kāi)發(fā)，其靈感來(lái)自成群結隊的蝗蟲(chóng)。
蝗蟲(chóng)以每小時(shí)2-3英里的速度成群結隊地飛行，但它們能夠在幾百毫秒內做出規避動(dòng)作以避免碰撞。
美國研究人員開(kāi)發(fā)了蝗蟲(chóng)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(chóng)在不消耗太多能量的情況下做出快速反應。
目前的自動(dòng)駕駛汽車(chē)碰撞傳感器往往又大又重，與之不同的是，這種靈感來(lái)自昆蟲(chóng)的探測器非常小，可以在兩秒鐘內做出反應。
該論文的作者、賓夕法尼亞州立大學(xué)的工程師Saptarshi Das說(shuō):“我們一直在尋找具有不同尋常能力的動(dòng)物，那些比人類(lèi)做得更好的動(dòng)物?！?/span>
“昆蟲(chóng)的視覺(jué)是人們經(jīng)常用來(lái)設計自動(dòng)系統的東西，因為它們會(huì )飛行卻不會(huì )碰撞，但后來(lái)我們發(fā)現蝗蟲(chóng)是獨一無(wú)二的?！?/span>
與其他昆蟲(chóng)不同，蝗蟲(chóng)使用單一的、專(zhuān)門(mén)的神經(jīng)元來(lái)避免碰撞——專(zhuān)家稱(chēng)之為L(cháng)obula Giant Movement Detector，簡(jiǎn)稱(chēng)LGMD。
“所以我們開(kāi)始研究它是如何工作的，蝗蟲(chóng)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博士補充道。
研究人員發(fā)現，LGMD神經(jīng)元對兩種信號做出反應——一種來(lái)自眼睛，當看到一只接近的蝗蟲(chóng)時(shí)，它會(huì )被觸發(fā)，并隨著(zhù)其他昆蟲(chóng)的靠近而增長(cháng)——另一種則是蝗蟲(chóng)的相對角速度。
“因為神經(jīng)元有兩個(gè)分支，蝗蟲(chóng)計算出這兩個(gè)輸入的變化，并意識到有東西將會(huì )碰撞，所以躲避的蝗蟲(chóng)改變了方向，”賓州州立大學(xué)的工程師Darsith Jayachandran說(shuō)。
基于蝗蟲(chóng)特殊的避撞機制，研究人員利用由單層硫化鉬制成的光探測器開(kāi)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(chóng)飛行時(shí)的神經(jīng)元反應。
該團隊表示，這項研發(fā)“是朝著(zhù)智能、低成本、特定任務(wù)、節能和小型化防撞系統發(fā)展的一大步?！?/span>
Das博士說(shuō):“蝗蟲(chóng)只能避免與其他蝗蟲(chóng)的碰撞，而我們的設備可以探測到各種物體以不同速度發(fā)生的潛在碰撞?！?/span>
隨著(zhù)初步研究的完成，研究人員現在需要優(yōu)化他們的設備以處理直接碰撞以外的情況——這正是目前的設置所做的調整。
“我們不能對每一種情況都進(jìn)行測量。所以我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)數值模型，”同樣來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)的論文作者和工程師Aaryan Oberoi補充道。
“我們還可以測試多臺設備在同一個(gè)芯片上是否會(huì )更好地工作。到目前為止，看起來(lái)單個(gè)設備就足夠了。然而，多像素碰撞檢測器陣列可以在3D空間提供防撞，”他補充道。
這項研究的全部結果發(fā)表在《自然電子》雜志上。
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