Саранча поможет избежать столкновений беспилотных автомобилей

Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics. Ученые всего мира давно занимаются поиском необычных способностей живых организмов, которые можно использовать в технике. В связи с этим не первый год под пристальным взглядом инженеров находятся и стаи саранчи.

Этих насекомых можно назвать уникальными: они используют единственный специализированный нейрон (его называют детектором движения Лобулы — LGMD), помогающий им избежать столкновений между особями в стае.

Нейрон имеет две ветви. Первая ответственна за изменение образа приближающегося объекта (другой особи саранчи), который попадает в поле зрения избегающей особи. Чем ближе приближающийся объект, тем больше изображение и тем сильнее сигнал нейрона. Другой сигнал ответственен за изменение угловой скорости «вторгшейся» саранчи. Избегающая особь вычисляет изменения этих двух параметров и понимает, что сейчас произойдет столкновение, поэтому меняет направление.

При этом саранча движется со скоростью от 3,2 до 4,8 километра в час и меняет направление за сотни миллисекунд. А ее одиночная нейронная клетка выполняет нелинейные математические операции со зрительными стимулами, чтобы вызвать реакцию избегания с минимальными затратами энергии. Модели предотвращения столкновений, основанные на алгоритмах обработки изображений, уже созданы, но ни одна из них не показывает такую же эффективность, как этот единственный нейрон саранчи — с точки зрения потребления энергии и размера.

На основе наблюдений за этими насекомыми инженеры разработали компактный наноразмерный (около одного на пять микрометров) детектор столкновений, в котором в качестве фотодетектора использован однослойный сульфид молибдена. Детектор имитирует ответную реакцию нейрона саранчи LGMD и потребляет очень малое количество энергии. Инженеры разместили фотодетектор на вершине программируемой архитектуры памяти с плавающим затвором.

При этом саранча способна избегать столкновений только с себе подобными, а детектор инженеров, по их словам, может избегать столкновений с различными объектами, движущимися с разной скоростью. Правда, пока что исследователи тестируют столкновения лишь с теми объектами, которые находятся на пути прямого столкновения. В дальнейшем специалисты планируют проводить испытания с различными вариантами столкновений.