Детектор столкновений имитирует стаи саранчи

Стаи саранчи, содержащие миллионы насекомых, летают по небу, чтобы атаковать посевы, но отдельные насекомые не сталкиваются друг с другом в этих огромных роях. Команда инженеров создает детектор столкновений с низким энергопотреблением, который имитирует реакцию избегания саранчи, чтобы помочь роботам, дронам и даже беспилотным автомобилям избежать столкновений.

Саранча использует один специализированный нейрон, называемый детектором движения дольки гиганта (LGMD), чтобы избежать столкновений. Нейрон получает два разных сигнала. Первый – это изображение приближающейся саранчи, которая попадает в глаз избегающей саранчи. Чем ближе подбирается вторгшаяся саранча, тем больше изображение и тем сильнее становится этот сигнал возбуждения. Другим входом является изменение угловой скорости вторгающейся саранчи по сравнению с избегающей саранчой. Поскольку нейрон имеет две ветви, саранча вычисляет изменения этих двух входных данных и понимает, что что-то может столкнуться, поэтому избегающая саранча меняет направление.

Исследователи разработали компактный нанодетектор столкновений, используя монослойный сульфид молибдена в качестве фотодетектора. Они поместили фотодетектор поверх программируемой архитектуры памяти с плавающими затворами, которая может имитировать реакцию нейронов саранчи, используя лишь небольшое количество энергии.

Саранча движется со скоростью две-три мили в час и меняет направление за сотни миллисекунд. Решение двигаться требует нелинейной математики и минимальных затрат энергии. Эта быстрая реакция и умеренное энергопотребление привлекательны для механизированных детекторов столкновений. Текущие детекторы для автономных автомобилей очень большие и очень тяжелые — детектор столкновений исследователей срабатывает за две секунды. Кроме того, вместо того, чтобы быть универсальным детектором, датчик на основе сульфида молибдена предназначен для конкретной задачи, но, поскольку он настолько мал и потребляет так мало энергии, это приемлемо.

Фотодетектор вызывает увеличение тока устройства в ответ на встречный объект — возбуждающий сигнал — в то время как лежащий в основе стек программируемой памяти всегда вызывает уменьшение тока — тормозящий сигнал. Когда объект приближается, возбуждающий сигнал добавляется к тормозным стимулам, вызывая немонотонное изменение тока устройства, имитируя реакцию бегства нейрона LGMD, обнаруженного у саранчи. Новое устройство может обнаруживать потенциальные столкновения различных объектов на разных скоростях.

Исследователи тестировали устройство только с объектами на пути прямого столкновения; им по-прежнему необходимо оптимизировать ответы для дополнительных ситуаций.