受蜘蛛启发研发的机械传感器可以帮助无人机更快的躲避障碍物《资讯》

发布时间：2020-08-17 11:59:17 阅读：次来源：香水座厂家

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作者：Purdue University

如果无人驾驶飞机和自动驾驶汽车拥有蜘蛛侠那般的“蜘蛛感官”会怎么样呢？

普渡大学机械工程助理教授安德烈斯.阿里塔（Andres Arrieta）说，如果真是这样，它们实际上可以更好地检测和避免物体，因为它们可以更快地处理感官信息。

更好的传感能力将使无人机能够在危险的环境中导航，并使汽车能够防止人为错误造成的事故。目前最先进的传感器技术处理数据的速度不够快，但大自然确能做到如此。

并且研究人员也不需要创造一种放射性蜘蛛来给自主机器提供超级感测能力。

相反，普渡大学的研究人员已经制造出了受蜘蛛、蝙蝠、鸟类和其他动物启发的传感器，这些动物真正精准的感官是与被称为机械传感器的特殊神经元相连的神经末梢。

神经末梢——机械传感器——只检测和处理对动物生存至关重要的信息。它们以毛发、纤毛或羽毛的形式出现。

“智能系统现在已经可以收集大量的数据，而且它的增长速度比传统计算能够处理的要快，”Arrieta说，他的实验室将自然原理应用于结构设计，从机器人到飞机机翼。

他说：“大自然不必收集所有的数据，而是过滤掉它所需要的。”

许多生物机械传感器根据阈值过滤数据——从环境中接收到的信息，比如压力或温度的变化。

例如，蜘蛛毛茸茸的机械传感器就位于它的腿上。当蜘蛛网以与猎物或配偶相关的频率振动时，机械传感器会检测到它，在蜘蛛身上产生反射，然后迅速作出反应。机械传感器不会检测到较低的频率，比如网络上的灰尘，因为它对蜘蛛的生存不重要。

其想法是将类似的传感器直接集成到自主机器的外壳中，比如飞机机翼或车身。研究人员在 ACS Nano上发表的一篇论文中证明，利用蜘蛛毛发设计的机械传感器可以被定制来检测预定力。在现实生活中，这些力将与某个自主机器需要避免的对象相关联。

但是他们开发的传感器不仅能够以非常快的速度感知和过滤——它们还可以计算，而且不需要电源。

“硬件和软件在本质上没有区别，它们都是相互连接的，传感器也用于收集、过滤和解释数据。”Arrieta说道。

在自然界中，一旦某一特定水平的力激活了与毛状机械传感器相关的机械感受器，这些机械感受器就通过从一种状态切换到另一种状态来计算信息。

普渡大学的研究人员与新加坡南洋理工大学和ETH Zürich合作，设计了他们的传感器来实现同样的功能，并通过这些开/关状态来解释信号，然后智能机器会根据这些传感器的计算做出反应。

这些人工机械传感器能够很快地感知、过滤和计算，因为它们很硬，Arrieta说。传感器的材料设计成在外力作用下快速改变形状。形状的改变会使材料中的导电粒子彼此靠近，从而使电流通过传感器并传递信号。该信号通知自反应系统应做出相对响应。

Arrieta说：“借助机器学习算法，我们可以训练这些传感器以最小的能量消耗自主工作。此外，制造这些传感器的各种尺寸也没有限制。”

这项工作由ETH Zürich和普渡大学提供资金支持，并与普渡大学的巨大飞跃庆典保持一致，普渡大学在人工智能、算法和自动化方面的全球进步是普渡大学成立150周年的一部分。这也是为期一年的庆典创意节的四个主题之一，旨在展示普渡大学作为解决现实问题的智力中心。