Сенсоры, имитирующеи органы чувств у паука, позволят беспилотным машинам лучше ориентироваться в пространстве
Что было бы, если бы дроны и автомобили с автономным управлением имели «паучьи органы чувств» как у Человека-паука?
Такие сенсоры могли бы более эффективно обнаруживать и избегать столкновений с другими объектами, потому что они способны быстрее обрабатывать сенсорную информацию, говорит Андрес Арриета, доцент кафедры машиностроения в Университете Пердью.
Исследователи Университета Пердью создали сенсоры, взяв идею у пауков, летучих мышей, птиц и у других животных, чьи реальные органы чувств представляют собой нервные окончания, называемые механорецепторами, связанные со специальными нейронами.
Нервные окончания — механосенсоры — распознают и обрабатывают только ту информацию, которая необходима для выживания животного или насекомого. Они бывают в виде волос, ресничек или перьев.
«Уже сейчас наблюдается взрыв объема данных, которые интеллектуальные системы могут собирать — и этот объем растет быстрее, чем способности существующих компьютерных систем обрабатывать эти данные», — сказал Арриета, чья лаборатория применяет принципы природы к проектированию различных конструкций — от роботов до крыльев самолета.
«Природе не надо собирать всю информацию, она отфильтровывает то, что ей нужно», — сказал он.
Многие биологические механосенсоры фильтруют данные — информацию, которую они получают из окружающей среды — по пороговым значениям, таким как изменения давления или температуры.
Волосатые механосенсоры паука, например, расположены на его лапах. Когда паутина вибрирует с частотой, которая ассоциируется с добычей или сородичем, механосенсоры распознают ее, генерируя у паука рефлекс, и паук затем реагирует очень быстро. Механосенсоры не распознают более низкую частоту, связанную, к примеру, в воздействием пыли на паутину, потому что это неважно для выживания паука.
Идея заключается в том, чтобы встроить аналогичные датчики прямо в корпус беспилотной машины, в крыло самолета или в кузов автомобиля. Исследователи продемонстрировали в статье, опубликованной в ACS Nano, что сконструированные по подобию волосков пауков механосенсоры могут быть настроены на обнаружение определенных объектов, которых беспилотная машина должна избегать.
Но разработанные ими датчики не просто распознают и фильтруют информацию с очень высокой скоростью — они также обрабатывают ее и не нуждаются в источнике питания.
«В природе нет различий между аппаратным и программным обеспечением, там все взаимосвязано, — сказал Арриета. — Сенсоры предназначены для интерпретации данных, а также для их сбора и фильтрации».
В природе, когда определенный уровень воздействия активирует механорецепторы, связанные с волосяным механосенсором, эти механорецепторы обрабатывают информацию, переключаясь из одного состояния в другое.
Исследователи Пердью в сотрудничестве с Технологическим университетом Наньян в Сингапуре и Высшей технической школой в Цюрихе разработали свои датчики, чтобы сделать то же самое и использовать эти состояния «вкл/выкл» для интерпретации сигналов. Интеллектуальная машина будет реагировать в соответствии с тем, что выявят эти датчики.
«С помощью алгоритмов машинного обучения мы могли бы научить эти датчики работать автономно с минимальным энергопотреблением, — сказал Арриета. — Нет также никаких препятствий для производства этих датчиков самых разных размеров».
23.05.2019 11:14
