蝗災(zāi)就是數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的蝗蟲(chóng)，飛躍天空去襲擊莊稼，但是在這一大群的蝗蟲(chóng)中，它們互相之間卻不會(huì)發(fā)生碰撞。據(jù)外媒報(bào)道，受此啟發(fā)，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)（Pennsylvania State University）的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)正在研制一種低功率的碰撞探測(cè)器，可以模仿蝗蟲(chóng)的避碰反應(yīng)，幫助機(jī)器人、無(wú)人機(jī)，甚至自動(dòng)駕駛汽車(chē)避免發(fā)生碰撞事故。
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)
賓夕法尼亞州立大學(xué)工程科學(xué)和力學(xué)系助理教授Saptarshi Das表示：“我們一直在尋找具有不尋常能力的動(dòng)物，那些在某方面比人類做得更好的動(dòng)物。昆蟲(chóng)可以飛，但是不會(huì)發(fā)生碰撞，因而其視覺(jué)能力被人們用于設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，后來(lái)，我們發(fā)現(xiàn)蝗蟲(chóng)最獨(dú)特?！?/p>
蝗蟲(chóng)之所以不同尋常是因?yàn)槠渚哂幸环N單一的特殊神經(jīng)元——小葉巨型運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器（LGMD），可以用于避碰。
據(jù)研究人員所說(shuō)，該神經(jīng)元可以接收兩種不同的信號(hào)。漸漸靠近的蝗蟲(chóng)的圖像會(huì)落到正在躲避的蝗蟲(chóng)的眼睛上，靠近的蝗蟲(chóng)越接近，圖像就會(huì)越大，激發(fā)該神經(jīng)元的信號(hào)就會(huì)越強(qiáng)；此外，另一個(gè)輸入信號(hào)是靠近的蝗蟲(chóng)相對(duì)于躲避的蝗蟲(chóng)的角速度變化。
“由于該神經(jīng)元有兩個(gè)分支，蝗蟲(chóng)會(huì)計(jì)算出兩個(gè)輸入信號(hào)的變化，然后意識(shí)到將會(huì)發(fā)生碰撞，于是躲避的蝗蟲(chóng)就會(huì)改變方向?！?/p>
因此，研究人員研發(fā)了一種緊湊型、納米大小的碰撞探測(cè)器，采用單層硫化鉬作為光電探測(cè)器。他們將光電探測(cè)器放置在可編程浮動(dòng)門(mén)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的頂部，此種結(jié)構(gòu)可以采用少量的能量模擬蝗蟲(chóng)的神經(jīng)元反應(yīng)。
據(jù)研究人員所說(shuō)，蝗蟲(chóng)會(huì)以每小時(shí)2至3英里的速度移動(dòng)，并能夠在數(shù)百毫秒內(nèi)改變方向，會(huì)采用非線性數(shù)學(xué)法做出移動(dòng)的決策，而且只需消耗極小的能量。
此種快速反應(yīng)以及極小的能量消耗對(duì)于機(jī)械碰撞探測(cè)器而言非常有吸引力。目前，用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的探測(cè)器都非常大，而且很重。研究人員制造的碰撞探測(cè)器能夠在兩秒內(nèi)做出反應(yīng)，此外，此種基于硫化鉬制成的傳感器并不是萬(wàn)能的探測(cè)器，只能針對(duì)特定任務(wù)，不過(guò)，因?yàn)槌叽缧?，消耗的能量也很小，因而也具有?shí)用性。
該光電探測(cè)器會(huì)讓設(shè)備的電流增加，以響應(yīng)迎面而來(lái)的物體，即興奮信號(hào)，而底層可編程存儲(chǔ)器堆棧會(huì)讓電流減少，即抑制信號(hào)。當(dāng)有物體靠近時(shí)，興奮信號(hào)會(huì)被添加到抑制刺激中，讓設(shè)備的電流產(chǎn)生非單調(diào)性變化，以模仿蝗蟲(chóng)LGMD神經(jīng)元的避碰反應(yīng)。
研究人員表示：“蝗蟲(chóng)只會(huì)避免與其他蝗蟲(chóng)碰撞，而我們的設(shè)備可以探測(cè)各種速度不一的物體，以避免發(fā)生潛在碰撞事故?！?/p>
現(xiàn)在，研究人員只對(duì)在碰撞路徑上的物體進(jìn)行了測(cè)試，還需要優(yōu)化對(duì)其他碰撞情況的響應(yīng)。研究人員表示：“我們無(wú)法對(duì)每種情況進(jìn)行測(cè)量，所以研發(fā)了一個(gè)數(shù)值模型。我們還可以測(cè)試是否同一芯片上有多個(gè)設(shè)備會(huì)更好地工作。截至目前，似乎單個(gè)設(shè)備就已足夠。不過(guò)，多像素碰撞探測(cè)器陣列可以在3D空間提供避碰功能?！?/p>