一種新傳感器可能有助于無人機、機器人和自動駕駛汽車未來的防撞技術(shù)開發(fā)，其靈感來自成群結(jié)隊的蝗蟲。
蝗蟲以每小時2-3英里的速度成群結(jié)隊地飛行，但它們能夠在幾百毫秒內(nèi)做出規(guī)避動作以避免碰撞。
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物，那些比人類做得更好的動物。”
“昆蟲的視覺是人們經(jīng)常用來設(shè)計自動系統(tǒng)的東西，因為它們會飛行卻不會碰撞，但后來我們發(fā)現(xiàn)蝗蟲是獨一無二的。”
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博士補充道。
研究人員發(fā)現(xiàn)，LGMD神經(jīng)元對兩種信號做出反應(yīng)——一種來自眼睛，當(dāng)看到一只接近的蝗蟲時，它會被觸發(fā)，并隨著其他昆蟲的靠近而增長——另一種則是蝗蟲的相對角速度。
“因為神經(jīng)元有兩個分支，蝗蟲計算出這兩個輸入的變化，并意識到有東西將會碰撞，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制，研究人員利用由單層硫化鉬制成的光探測器開發(fā)了一種納米大小的碰撞傳感器。
他們把這個裝置放在一個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的神經(jīng)元反應(yīng)。
該團隊表示，這項研發(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。”
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。
“我們不能對每一種情況都進行測量。所以我們開發(fā)了一個數(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補充道。
“我們還可以測試多臺設(shè)備在同一個芯片上是否會更好地工作。到目前為止，看起來單個設(shè)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(jié)果發(fā)表在《自然電子》雜志上。
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