在機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)駕駛汽車領(lǐng)域，準(zhǔn)確檢測(cè)潛在碰撞并及時(shí)觸發(fā)逃生響應(yīng)至關(guān)重要安全。蝗蟲(chóng)中的小葉巨人運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器（LGMD）神經(jīng)元，可以檢測(cè)到正在接近的物體，并防止成群的蝗蟲(chóng)發(fā)生碰撞。該單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞對(duì)視覺(jué)刺激執(zhí)行非線性數(shù)學(xué)運(yùn)算，以最小的能量消耗引發(fā)逃逸反應(yīng)。賓州州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)使用模擬超大規(guī)模集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于圖像處理算法的防撞模型，能夠模擬LGMD神經(jīng)元逃逸反應(yīng)的納米級(jí)碰撞檢測(cè)器。
巴基斯坦的蝗災(zāi)讓人畏懼，數(shù)百萬(wàn)的蝗蟲(chóng)，飛過(guò)天空襲擊農(nóng)作物，久久無(wú)法散去。
作為科技研究領(lǐng)域，除了思考如何治理蝗災(zāi)，有一個(gè)事情也值得深思：在這些巨大的昆蟲(chóng)群中，為何單個(gè)昆蟲(chóng)不會(huì)相互碰撞。
這要?dú)w功于它們大腦中的一種特殊的神經(jīng)元，稱為L(zhǎng)obula巨人運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器（LGMD）。在為自動(dòng)駕駛汽車內(nèi)的復(fù)雜計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)更好的視覺(jué)效果時(shí)，也可以模擬該檢測(cè)器，來(lái)避免碰撞。
賓夕法尼亞州立大學(xué)的機(jī)械工程師團(tuán)隊(duì)正在創(chuàng)建一種低功率碰撞檢測(cè)器，該檢測(cè)器可以模擬蝗蟲(chóng)回避響應(yīng)，并可以幫助機(jī)器人，無(wú)人機(jī)甚至自動(dòng)駕駛汽車避免碰撞。
賓州州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué)助理教授，這項(xiàng)研究的合著者薩普塔什·達(dá)斯（ Saptarshi Das）周一發(fā)表在《Nature electronics》雜志上，他認(rèn)為蝗蟲(chóng)即使在昆蟲(chóng)的視力方面也很獨(dú)特。
戴斯說(shuō)：“我們一直在尋找具有非凡能力的動(dòng)物，它們的表現(xiàn)要比人類好?！?人們經(jīng)常使用昆蟲(chóng)視覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)……我們開(kāi)始研究它的工作原理，而蝗蟲(chóng)簡(jiǎn)直令人難以置信。這些生物所能做的是非常謙卑的?！?/p>
盡管研究人員說(shuō)，之前的工作試圖為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬蝗蟲(chóng)的非凡腦細(xì)胞是令人鼓舞的，但這些系統(tǒng)的高能量要求和尺寸使其對(duì)于有效地縮放或部署在車輛中不切實(shí)際。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，其緊湊，節(jié)能的設(shè)計(jì)可能會(huì)突破這一創(chuàng)新領(lǐng)域。
為什么這些神經(jīng)元如此特殊？ 作者寫道，使這些蝗蟲(chóng)的神經(jīng)元如此奇異的部分原因是，它們有兩種不同的方法來(lái)檢測(cè)潛在的碰撞，然后對(duì)其做出反應(yīng)?；认x(chóng)具有廣闊的視野（部分是由于它們略帶蠕動(dòng)，復(fù)眼），使LGMD神經(jīng)元的一個(gè)分支“看到”正在接近的蝗蟲(chóng)，而神經(jīng)元的另一分支“看到”了傳入蝗蟲(chóng)的角速度目標(biāo)，幫助蝗蟲(chóng)判斷其接近速度。工程科學(xué)和力學(xué)專業(yè)的研究生，研究的第一作者Darsith Jayachandran說(shuō)，合并的信息然后被推到蝗蟲(chóng)的大腦的另一部分，從而引發(fā)逃避碰撞的反應(yīng) 。
Jayachandran說(shuō)：“由于神經(jīng)元有兩個(gè)分支，所以蝗蟲(chóng)計(jì)算了這兩個(gè)輸入的變化，并意識(shí)到某些東西會(huì)發(fā)生碰撞?！?“因此，避免蝗蟲(chóng)改變了方向?！?/p>
為了在汽車中模擬這種情況，研究小組在浮動(dòng)內(nèi)存（小型閃存單元）的頂部設(shè)計(jì)了一個(gè)小于．001毫米乘以0．005毫米的感光設(shè)備 。該設(shè)備通過(guò)響應(yīng)入射光（它被解釋為一個(gè)接近的物體）增加電流，并通過(guò)內(nèi)部抑制信號(hào)減少電流來(lái)平衡刺激。
在碰撞事件中將這些“ 戰(zhàn)斗或逃避”信號(hào)進(jìn)行組合以生成非單調(diào)響應(yīng)（一種人工推理），從而模仿蝗蟲(chóng)可能突然決定改變航向以避免撞車的情況。
研究人員使用光強(qiáng)度來(lái)表示即將發(fā)生的碰撞有多近，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)避碰系統(tǒng)來(lái)模仿蝗蟲(chóng)。
為了測(cè)試他們的系統(tǒng)在實(shí)際中的運(yùn)行情況，該團(tuán)隊(duì)使用了模擬汽車。該汽車能夠檢測(cè)到即將發(fā)生的碰撞，但是有限的深度和角度感知意味著該汽車無(wú)法預(yù)測(cè)威脅來(lái)自哪個(gè)方向，所以無(wú)法決定如何移動(dòng)到避開(kāi)它。
與像蝗蟲(chóng)一樣，作者說(shuō)使用這種特殊的神經(jīng)元主要是為了避免與其他蝗蟲(chóng)發(fā)生碰撞，從理論上講，用于汽車的裝置不僅可以避免與其他車輛發(fā)生碰撞，也可以避免與行人發(fā)生碰撞。對(duì)于無(wú)人駕駛汽車尤其要注意這一點(diǎn)。
研究人員計(jì)劃擴(kuò)大其汽車的刺激環(huán)境，使其包括不同速度，光線強(qiáng)度和軌跡的物體。他們希望這些進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)將有助于改進(jìn)其設(shè)備，并提高其在設(shè)計(jì)用于機(jī)器人和自動(dòng)駕駛汽車的避碰系統(tǒng)時(shí)的實(shí)用性。