Рой саранча може покращити уникнення зіткнень

Чуми сарани, що містять мільйони комах, літають по небі для нападу на посіви, але окремі комахи не стикаються між собою в межах цих масивних роїв. Зараз команда інженерів створює детектор зіткнень малої потужності, який імітує реакцію уникнення сарани та може допомогти роботам, дронам та навіть автомобілям, що ведуть самовідвід, уникнути зіткнень.

"Ми завжди шукаємо тварин з незвичайними здібностями, тих, які роблять щось краще, ніж люди", — сказав Саптарши Дас, доцент технічних наук та механіки. "Бачення комах — це те, що люди регулярно використовують для проектування автоматичних систем, оскільки вони літають і не стикаються, але тоді ми виявили, що сарана є унікальною".

Саранча незвичайна, тому що використовує єдиний спеціалізований нейрон, званий детектором руху гігантських рухів Lobula (LGMD), щоб уникнути зіткнень.

"Тож ми почали дивитися на те, як це працює, і сарана просто неймовірна", — сказала Дас. "Те, що можуть створити ці істоти, — це дуже принизливо".

За словами Дарсі Джаячандран, аспіранта з інженерних наук та механіки, нейрон отримує два різні сигнали. Образ сарани, що наближається, падає на очі, що уникає сарани. Чим ближче наступає саранча, тим більше зображення і сильнішим стає цей сигнал збудження. Іншим входом є зміна кутової швидкості вторгнення сарани щодо відновлення сарани.

"Оскільки у нейрона є дві гілки, сарана обчислює зміни цих двох входів і розуміє, що щось зіткнеться", — сказав Джаячандран. "Так уникнення сарани змінює напрямок".

Дослідники розробили компактний, нанорозмірний детектор зіткнення, використовуючи одношаровий сульфід молібдену як фотодетектор. Вони розмістили фотодетектор поверх програмованої архітектури плаваючої пам'яті, яка може імітувати реакцію нейрона сарани, використовуючи лише невелику кількість енергії.

Про це вони повідомляють у сьогоднішньому номері Природа електроніка що це "є стрибком вперед до розвитку розумних, недорогих цільових завдань, енергоефективних та мініатюризованих систем уникнення зіткнень".

За даними дослідників, сарана рухається зі швидкістю дві-три милі на годину і вносить зміни напрямку в сотні мілісекунд. Рішення про перехід використовує нелінійну математику та незначні витрати енергії.

Ця швидка реакція та скромне використання енергії приваблива для механізованих детекторів зіткнень. Поточні детектори для автономних автомобілів дуже великі і дуже важкі. Детектор зіткнення дослідників реагує за дві секунди. Крім того, замість того, щоб бути детектором безпроблемних торгів, датчик на основі сульфіду молібдену є специфічним завданням, але оскільки він настільки малий і використовує так мало енергії, що прийнятно, на думку дослідників.

Фотоприймач викликає збільшення струму пристрою у відповідь на зустрічний об'єкт, збуджуючий сигнал, тоді як базовий програмований стек пам'яті завжди викликає зменшення поточного, гальмівного сигналу. Коли об'єкт наближається, збудливий сигнал додається до гальмівних подразників, викликаючи немонотонну зміну струму пристрою, імітуючи реакцію втечі нейрона LGMD, знайденого у сарані.

"Хоча сарана може уникати зіткнень з іншими саранами, наш пристрій може виявляти потенційні зіткнення різних об'єктів з різною швидкістю", — сказав Дас.

На даний момент дослідники протестували пристрій лише з предметами, що знаходяться на прямому зіткненні. Їм ще потрібно оптимізувати відповіді для додаткових ситуацій.

"Ми не можемо робити кожне вимірювання, кожну ситуацію", — сказав Аріан Оберой, аспірант інженерних наук та механіки. "Отже, ми розробили чисельну модель. Ми також можемо перевірити, чи було б кілька пристроїв на одній мікросхемі працювати краще. Поки здається, що одного пристрою буде достатньо. Однак, масив детектора зіткнень з кількома пікселями може запропонувати уникнути зіткнення в 3-D пробіл. "

Facebook Comments