美科学家从蝗虫取经,研发自动驾驶汽车防撞传感器

自动驾驶技术如火如荼发展,而为使自动驾驶汽车、无人机或移动机器人有敏锐的防碰撞能力,宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)研究团队开始借鉴“蝗虫”特殊的传感能力,借由研究蝗虫独有的回避反应,研发可用于自动驾驶汽车、无人机等的低功耗碰撞传感器。

研究团队指出,蝗虫体内有种特殊的神经元,称为小叶巨移动作传感器(LGMD),这也是蝗虫成群结队飞行时,不易彼此碰撞的关键。如果蝗虫需要探测群体每只蝗虫的动作,大脑会接收过多刺激,为此蝗虫演化出探测机制,仅辨认可能干扰飞行的物体,然后再经由视觉神经传输,发送至小叶巨移动作传感器的神经元。

小叶巨移动作传感器作用之下,当一只蝗虫(蝗虫A)飞行,若有另一只蝗虫(蝗虫B)靠近,那B的图片会映射在A的眼睛里,若B靠越近,A激发神经元的信号就会越强,接着会分析B相对A的角速度变化,避免闪避时发生碰撞。

基于这项研究,宾夕法尼亚州立大学研究团队研发一种基于单层二硫化钼的光传感器,并将该传感器放置在可编程的电路;光电检测器会响应即将到来的物体(刺激信号)而导致设备电流增加,底层的可编成设计电路则会减小电流(抑制刺激信号)。换言之,当物体接近时,此刺激信号会添加到抑制刺激,导致设备电流发生变化,借此模拟蝗虫飞行时的LGMD神经元的逃逸反应。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学助理教授Saptarshi Das表示,虽然蝗虫只能避免与其他蝗虫发生碰撞,但是宾夕法尼亚州立大学的设备可检测各种物体以不同速度发生的潜在碰撞。就像蝗虫,研究的传感器要在短短数百毫秒内就能有反应,这种快速的反应时间,加上低功耗,使得该检测器非常适合用于自动驾驶汽车等碰撞侦测。

不过相较于蝗虫,自动驾驶汽车还不光要躲避车,还要侦测行人、路障等其他物体,这也是研究未来的挑战,因此研究人员除了直接在碰撞路径的物体测试,也需要针对其他情况优化。蝗虫传感器距离商用化,仍有很长一段路要走。

(首图来源:宾夕法尼亚州立大学)