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蝗灾带来的研究灵感:低功率的碰撞探测器帮助机器人避免碰撞

【人工智能网】

2020 年以来,从非洲到南亚,戈壁蝗虫灾难侵袭环球多地。2020 年 7 月,南亚国度印度再遭蝗灾突击,而且部份都市进入警惕状况。

如今,一个由宾夕法尼亚州立大学工程师构成的研发团队以漫天蝗群中单个蝗虫不会互相碰撞为契机,正在研制一种低功率的碰撞探测器,它能够模仿蝗虫隐匿碰撞的回响反映,协助机器人、无人机以至无人驾驶汽车防止碰撞。

现在自动驾驶手艺面对的最大问题,就是怎样保证车辆在上路时的安全性。怎样防止车辆在行驶路上发作碰撞,已经是汽车制作工业的一个庞大应战。而从生物学角度来讲,昆虫为自动驾驶手艺中的碰撞检测和人工视觉体系供应了雄厚的灵感泉源。

宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学助理传授 Saptarshi Das 说:“我们一直在寻觅具有差别寻常才能的动物,那些比人类做得更好的动物。个中,昆虫的视觉是人们常常用来设想自动体系的东西,由于它们会飞,且不会互相碰撞。厥后我们发现了蝗虫是举世无双的研讨对象。”

研讨人员开发的这个防碰撞的探测器是一种紧凑的纳米级碰撞检测器,而且运用单层硫化钼作为光电检测器。他们把光电探测器放在一个可编程的浮动门存储器构造的顶部,这类存储器构造仅用少许的能量就能够模仿蝗虫的神经元回响反映。

这项研讨于 8 月 24 日宣布在 Nature Electronics 期刊,研讨人员并示意,这是“向智能、低成本、特定使命、节能和小型化防撞体系的生长迈出的一大奔腾。”

蝗灾带来的研讨灵感与契机

蝗灾,主如果指蝗虫引发的灾变,数以百万计的昆虫,飞越天空进击庄稼,但是在这些大群蝗虫中,纵然数目浩瀚,也不会涌现单个昆虫互相碰撞的状况。

不过一旦发作蝗灾,大批的蝗虫会吞食禾田,使农产品完整遭到损坏,引发严峻的经济损失致使因食粮缺乏而发作饥馑。

而环球变暖,特别冬季温度的上升,有利于蝗虫越冬卵的增添,为第二年蝗灾的迸发供应“虫卵”;另外天气变暖、干旱加重,草场退步等多种要素的叠加,为蝗虫产卵供应了适宜的产地,而且蝗虫顺应干旱的才能极强,这是由于以蝗虫为食品的其他昆虫和鸟类在此状况下都不能生存,而且一种能形成蝗虫疾病的丝状菌被抑止活性,故而使其在干旱地区数目大大增添。

因而专家展望,跟着环球变暖的趋向,将来蝗灾发作的范围会越来越大,对中国和天下的食粮生产将形成严峻的影响。

固然,我们本日文章的重点,不在蝗灾,而在单个蝗虫。

蝗虫之所以差别寻常,是由于它们运用一种叫做 Lobula Giant Movement Detector (LGMD)的单一特别神经元来防止碰撞。Das 说:“我们入手下手研讨它是怎样事情,蝗虫还真是令人难以置信。”

依据宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学专业的研讨生 Darsith Jayachandran 的说法,神经元会接收到两种差别的信号,个中一个输入是一只迫近的蝗虫影象落在作为隐匿方的蝗虫眼睛上,入侵的蝗虫越靠近,图象越大,引发信号越强;而另一个输入是入侵蝗虫相对于隐匿蝗虫的角速度变化。

Jayachandran 说:“由于神经元有两个分支,蝗虫计算出这两个输入信号的变化,然后意想到有东西会发作碰撞。所以隐匿方的蝗虫改变了方向。”

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