Разработчики надеются на использование дронов и роботов. Для этого команда инженеров создала эффективный детектор столкновений, вдохновленный поведением саранчи в стае.
Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics. Интерес к уникальным свойствам живых существ, которые можно применить в технических разработках, давно привлек внимание ученых по всему миру. В связи с этим, инженеры уже не первый год внимательно изучают поведение и особенности стай саранчи.
Эти насекомые обладают уникальной особенностью: для предотвращения столкновений в группе они используют специализированный нейрон, который называется детектором движения Лобулы (LGMD.
Нейрон обладает двумя ветвями. Первая из них выполняет функцию 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.
Скорость передвижения саранчи варьируется от 3,2 до 4,8 километра в час, при этом она способна изменять направление всего за сотни миллисекунд. Одиночная нейронная клетка этого насекомого проводит нелинейные математические вычисления на основе зрительных сигналов, что позволяет вызвать реакцию избегания с минимальным расходом энергии. Разработаны модели предотвращения столкновений, использующие алгоритмы обработки изображений, однако ни одна из них не демонстрирует такой же эффективности, как этот единственный нейрон саранчи — по показателям энергопотребления и габаритам.
Проведя наблюдения за этими насекомыми, инженеры создали миниатюрный нанодетектор столкновений (размером приблизительно один на пять микрометров). В его конструкции для регистрации света используется 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.
Эта саранча умеет уклоняться от столкновений только с особями своего вида, в то время как, по утверждению разработчиков, их система обнаружения способна предотвращать столкновения с разнообразными объектами, перемещающимися с различной скоростью. В настоящее время исследователи проводят испытания, моделирующие лишь прямые столкновения. В дальнейшем планируется проведение тестов с учетом различных сценариев столкновений.