碰撞探测器模拟蝗虫群
蝗灾,包含数百万只昆虫,飞过天空攻击庄稼,但在这些庞大的蜂群中,个体昆虫不会相互碰撞。一个工程师团队正在创建一种低功耗碰撞检测器,该检测器可以模拟蝗虫避让反应,以帮助机器人、无人机甚至自动驾驶汽车避免碰撞。
蝗虫使用一个名为 Lobula Giant Movement Detector (LGMD) 的特殊神经元来避免碰撞。神经元接收两个不同的信号。第一个是接近蝗虫的图像,落在躲避的蝗虫的眼睛上。入侵的蝗虫越接近,图像就越大,这个激励信号就越强。另一个输入是入侵蝗虫相对于躲避蝗虫的角速度变化。因为神经元有两个分支,蝗虫计算这两个输入的变化,意识到有东西要发生碰撞,所以躲避的蝗虫改变了方向。
研究人员开发了一种紧凑的纳米级碰撞检测器,使用单层硫化钼作为光电检测器。他们将光电探测器放置在可编程浮栅存储器架构之上,该架构仅需极少的能量即可模拟蝗虫的神经元反应。
蝗虫以每小时两到三英里的速度移动,并在数百毫秒内改变方向。移动的决定采用非线性数学和极小的能量消耗。这种快速反应和适度的能源使用对机械碰撞检测器很有吸引力。目前用于自动驾驶汽车的检测器非常大而且非常重——研究人员的碰撞检测器会在两秒钟内做出响应。此外,基于硫化钼的传感器不是万能的检测器,而是针对特定任务的,但由于它非常小并且使用的能量非常少,这是可以接受的。
光电探测器会导致设备电流增加以响应迎面而来的物体——兴奋信号——而底层的可编程存储器堆栈总是导致电流减少——抑制信号。当物体接近时,兴奋性信号被添加到抑制性刺激中,导致设备电流发生非单调变化,模仿蝗虫中 LGMD 神经元的逃逸反应。新设备可以检测不同速度的各种物体的潜在碰撞。
研究人员只用直接碰撞路径上的物体测试了该设备。他们仍然需要针对其他情况优化响应。
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