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美科学家从蝗虫取经,研发自驾车防撞感测器

2024-11-23 217


无人驾驶技术如火如荼的发展中,而为使自驾车、无人机,或是移动机器人具有敏锐的防碰撞能力,宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)的研究团队开始借鉴“蝗虫”特殊的感测能力,借由研究蝗虫独有的回避反应,研发可用于自驾车、无人机等的低功耗碰撞感测器。

研究团队指出,蝗虫体内具有一种特殊的神经元,称为小叶巨型动作感测器(LGMD),这也是蝗虫在成群结队的飞行时,不易彼此碰撞的关键。如果蝗虫需要探测群体中每一只蝗虫的动作,大脑就会接收过多刺激,为此蝗虫演化出一种探测机制,仅会辨认可能干扰飞行的物体,然后再经由视觉神经传输,传送至小叶巨型动作感测器的神经元。

而在小叶巨型动作感测器的作用之下,当一只蝗虫(蝗虫 A)在飞行时,如果有另一只蝗虫(蝗虫 B)靠近,那么 B 的影像会映射在 A 的眼睛里,若是 B 靠的越近,A 激发神经元的讯号就会越强,接着会分析 B 相对于 A 的角速度变化,避免闪避时发生碰撞。

基于这项研究,宾夕法尼亚州立大学研究团队研发一种基于单层二硫化钼的光感测器,并将此一感测器放置在可编程的电路上;光电检测器会响应即将到来的物体(刺激讯号)而导致装置电流增加,而底层的可编成设计电路则会减小电流(抑制刺激讯号)。换言之,当物体接近时,此刺激讯号会被添加到抑制刺激中,而导致设备电流发生变化,借此模拟蝗虫飞行时的 LGMD 神经元的逃逸反应。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学助理教授 Saptarshi Das 表示,虽然蝗虫只能避免与其他蝗虫发生碰撞,但是宾夕法尼亚州立大学的设备可以检测各种物体以不同速度发生的潜在碰撞。而就像蝗虫一样,研究中的感测器要在短短的数百毫秒中就能有所反应,这种快速的反应时间,加上低功耗,使得该检测器非常适合用于自驾车等碰撞侦测之上。

不过,相较于蝗虫,自驾车还不光要躲避汽车,还要侦测行人、路障等其他物体,而这也是这样研究未来挑战,也因此,研究人员除了在直接碰撞路径上的物体上测试外,也需要针对其他情况进行优化。蝗虫感测器距离商用化,仍有很长一段路要走。

  • Engineers Create Low-Power Collision Detector Inspired by Locusts
  • Locust swarm could improve collision avoidance

(首图来源:宾夕法尼亚州立大学)

2020-10-06 19:05:00

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