美國受蝗蟲啟發研發低功率碰撞探測器 可用於自動駕駛汽車

2020-10-06 成都聽覺有道助聽器

蝗災就是數以百萬計的蝗蟲，飛躍天空去襲擊莊稼，但是在這一大群的蝗蟲中，它們互相之間卻不會發生碰撞。據外媒報導，受此啟發，美國賓夕法尼亞州立大學（Pennsylvania State University）的一個工程師團隊正在研製一種低功率的碰撞探測器，可以模仿蝗蟲的避碰反應，幫助機器人、無人機，甚至自動駕駛汽車避免發生碰撞事故。




圖片來源：賓夕法尼亞州立大學

賓夕法尼亞州立大學工程科學和力學系助理教授Saptarshi Das表示：「我們一直在尋找具有不尋常能力的動物，那些在某方面比人類做得更好的動物。昆蟲可以飛，但是不會發生碰撞，因而其視覺能力被人們用於設計自動化系統，後來，我們發現蝗蟲最獨特。」

蝗蟲之所以不同尋常是因為其具有一種單一的特殊神經元——小葉巨型運動檢測器（LGMD），可以用於避碰。

據研究人員所說，該神經元可以接收兩種不同的信號。漸漸靠近的蝗蟲的圖像會落到正在躲避的蝗蟲的眼睛上，靠近的蝗蟲越接近，圖像就會越大，激發該神經元的信號就會越強；此外，另一個輸入信號是靠近的蝗蟲相對於躲避的蝗蟲的角速度變化。

「由於該神經元有兩個分支，蝗蟲會計算出兩個輸入信號的變化，然後意識到將會發生碰撞，於是躲避的蝗蟲就會改變方向。」

因此，研究人員研發了一種緊湊型、納米大小的碰撞探測器，採用單層硫化鉬作為光電探測器。他們將光電探測器放置在可編程浮動門存儲器結構的頂部，此種結構可以採用少量的能量模擬蝗蟲的神經元反應。

據研究人員所說，蝗蟲會以每小時2至3英裡的速度移動，並能夠在數百毫秒內改變方向，會採用非線性數學法做出移動的決策，而且只需消耗極小的能量。

此種快速反應以及極小的能量消耗對於機械碰撞探測器而言非常有吸引力。目前，用於自動駕駛汽車的探測器都非常大，而且很重。研究人員製造的碰撞探測器能夠在兩秒內做出反應，此外，此種基於硫化鉬製成的傳感器並不是萬能的探測器，只能針對特定任務，不過，因為尺寸小，消耗的能量也很小，因而也具有實用性。

該光電探測器會讓設備的電流增加，以響應迎面而來的物體，即興奮信號，而底層可編程存儲器堆棧會讓電流減少，即抑制信號。當有物體靠近時，興奮信號會被添加到抑制刺激中，讓設備的電流產生非單調性變化，以模仿蝗蟲LGMD神經元的避碰反應。

研究人員表示：「蝗蟲只會避免與其他蝗蟲碰撞，而我們的設備可以探測各種速度不一的物體，以避免發生潛在碰撞事故。」

現在，研究人員只對在碰撞路徑上的物體進行了測試，還需要優化對其他碰撞情況的響應。研究人員表示：「我們無法對每種情況進行測量，所以研發了一個數值模型。我們還可以測試是否同一晶片上有多個設備會更好地工作。截至目前，似乎單個設備就已足夠。不過，多像素碰撞探測器陣列可以在3D空間提供避碰功能。」

轉載自：《蓋世汽車資訊》

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