Суперспособность саранчи адаптировали для беспилотников
Вдохновленные тем, как особи саранчи избегают столкновений друг с другом в огромных стаях, американские инженеры перенесли эту способность в область беспилотной техники.
Команда инженеров из Государственного университета Пенсильвании создала миниатюрный детектор столкновений, который может помочь роботам, дронам и даже беспилотным автомобилям избегать столкновений. В основе принципа действия детектора лежит уникальная природная способность саранчи. Стаи пожирателей посевов насчитывают до миллиона особей, но за время перелета от поля к полю не происходит ни одного столкновения, хотя насекомые движутся со скоростью 3-5 километров в час.
Чтобы менять направление за десятые доли секунд, саранча использует единственный специализированный нейрон LGMD — большой зрительный нейрон в зрительной доле саранчи. Нейрон имеет две ветви и получает одновременно два разных сигнала: вид налетающей подруги по стае и значение ее угловой скорости. Чем ближе приближающийся объект, тем крупнее его изображение и сильнее возбуждающий сигнал. По уровню изменения двух сигналов саранча «вычисляет» возможность столкновения и при необходимости резко меняет направление полета.
В наноразмерном детекторе столкновений роль нейрона LGMD играет фотодетектор из однослойного сульфида молибдена. Когда в поле видимости прибора появляется встречный объект, фотодетектор регистрирует сигнал. Сигнал вызывает увеличение тока. Чтобы это увеличение не было монотонным и побуждало другие системы к действию, установленный ниже стек программируемой памяти всегда вызывает уменьшение тока — запрещающий сигнал. Когда сигналы суммируются, увеличение тока стимулирует ответную реакцию, имитирующую реакцию саранчи.
“Хотя саранча может избегать столкновений только с другими представителями своего вида, наше устройство может обнаруживать потенциальные столкновения различных объектов с разной скоростью”, — сказали авторы работы.
Количество энергии, потребляемое фотодетектором из сульфида молибдена, измеряется в наноджоулях, а занимаемое им место в приборе не превышает ~ 1х5 микрометров. Срабатывает детектор столкновений за 2 секунды. Устройство — большой шаг вперед на пути от очень больших и тяжелых устройств предотвращения столкновений, какие есть для современной беспилотной техники, к миниатюрным, интеллектуальным, недорогим и эффективным системам будущего.