美国受蝗虫启发研发低功率碰撞探测器可用于自动驾驶汽车

时间：2020-10-05 11:49:53来源：盖世汽车

蝗灾就是数以百万计的蝗虫，飞跃天空去袭击庄稼，但是在这一大群的蝗虫中，它们互相之间却不会发生碰撞。据外媒报道，受此启发，美国宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)的一个工程师团队正在研制一种低功率的碰撞探测器，可以模仿蝗虫的避碰反应，帮助机器人、无人机，甚至自动驾驶汽车避免发生碰撞事故。

宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学系助理教授Saptarshi Das表示：“我们一直在寻找具有不寻常能力的动物，那些在某方面比人类做得更好的动物。昆虫可以飞，但是不会发生碰撞，因而其视觉能力被人们用于设计自动化系统，后来，我们发现蝗虫最独特。”

蝗虫之所以不同寻常是因为其具有一种单一的特殊神经元——小叶巨型运动检测器(LGMD)，可以用于避碰。

据研究人员所说，该神经元可以接收两种不同的信号。渐渐靠近的蝗虫的图像会落到正在躲避的蝗虫的眼睛上，靠近的蝗虫越接近，图像就会越大，激发该神经元的信号就会越强；此外，另一个输入信号是靠近的蝗虫相对于躲避的蝗虫的角速度变化。

“由于该神经元有两个分支，蝗虫会计算出两个输入信号的变化，然后意识到将会发生碰撞，于是躲避的蝗虫就会改变方向。”

因此，研究人员研发了一种紧凑型、纳米大小的碰撞探测器，采用单层硫化钼作为光电探测器。他们将光电探测器放置在可编程浮动门存储器结构的顶部，此种结构可以采用少量的能量模拟蝗虫的神经元反应。

据研究人员所说，蝗虫会以每小时2至3英里的速度移动，并能够在数百毫秒内改变方向，会采用非线性数学法做出移动的决策，而且只需消耗极小的能量。

此种快速反应以及极小的能量消耗对于机械碰撞探测器而言非常有吸引力。目前，用于自动驾驶汽车的探测器都非常大，而且很重。研究人员制造的碰撞探测器能够在两秒内做出反应，此外，此种基于硫化钼制成的传感器并不是万能的探测器，只能针对特定任务，不过，因为尺寸小，消耗的能量也很小，因而也具有实用性。

该光电探测器会让设备的电流增加，以响应迎面而来的物体，即兴奋信号，而底层可编程存储器堆栈会让电流减少，即抑制信号。当有物体靠近时，兴奋信号会被添加到抑制刺激中，让设备的电流产生非单调性变化，以模仿蝗虫LGMD神经元的避碰反应。

研究人员表示：“蝗虫只会避免与其他蝗虫碰撞，而我们的设备可以探测各种速度不一的物体，以避免发生潜在碰撞事故。”

现在，研究人员只对在碰撞路径上的物体进行了测试，还需要优化对其他碰撞情况的响应。研究人员表示：“我们无法对每种情况进行测量，所以研发了一个数值模型。我们还可以测试是否同一芯片上有多个设备会更好地工作。截至目前，似乎单个设备就已足够。不过，多像素碰撞探测器阵列可以在3D空间提供避碰功能。”