在機器人技術(shù)和自動駕駛汽車領(lǐng)域，準(zhǔn)確檢測潛在碰撞并及時觸發(fā)逃生響應(yīng)至關(guān)重要安全。蝗蟲中的小葉巨人運動檢測器（LGMD）神經(jīng)元，可以檢測到正在接近的物體，并防止成群的蝗蟲發(fā)生碰撞。該單個神經(jīng)元細(xì)胞對視覺刺激執(zhí)行非線性數(shù)學(xué)運算，以最小的能量消耗引發(fā)逃逸反應(yīng)。賓州州立大學(xué)研究團(tuán)隊使用模擬超大規(guī)模集成設(shè)計，實現(xiàn)了基于圖像處理算法的防撞模型，能夠模擬LGMD神經(jīng)元逃逸反應(yīng)的納米級碰撞檢測器。

巴基斯坦的蝗災(zāi)讓人畏懼，數(shù)百萬的蝗蟲，飛過天空襲擊農(nóng)作物，久久無法散去。

作為科技研究領(lǐng)域，除了思考如何治理蝗災(zāi)，有一個事情也值得深思：在這些巨大的昆蟲群中，為何單個昆蟲不會相互碰撞。

這要歸功于它們大腦中的一種特殊的神經(jīng)元，稱為Lobula巨人運動檢測器（LGMD）。在為自動駕駛汽車內(nèi)的復(fù)雜計算機設(shè)計更好的視覺效果時，也可以模擬該檢測器，來避免碰撞。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的機械工程師團(tuán)隊正在創(chuàng)建一種低功率碰撞檢測器，該檢測器可以模擬蝗蟲回避響應(yīng)，并可以幫助機器人，無人機甚至自動駕駛汽車避免碰撞。

賓州州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué)助理教授，這項研究的合著者薩普塔什·達(dá)斯（  Saptarshi Das）周一發(fā)表在《Nature electronics》雜志上，他認(rèn)為蝗蟲即使在昆蟲的視力方面也很獨特。

戴斯說：“我們一直在尋找具有非凡能力的動物，它們的表現(xiàn)要比人類好�！� 人們經(jīng)常使用昆蟲視覺來設(shè)計自動化系統(tǒng)……我們開始研究它的工作原理，而蝗蟲簡直令人難以置信。這些生物所能做的是非常謙卑的�！�

盡管研究人員說，之前的工作試圖為計算機系統(tǒng)模擬蝗蟲的非凡腦細(xì)胞是令人鼓舞的，但這些系統(tǒng)的高能量要求和尺寸使其對于有效地縮放或部署在車輛中不切實際。該團(tuán)隊認(rèn)為，其緊湊，節(jié)能的設(shè)計可能會突破這一創(chuàng)新領(lǐng)域。

為什么這些神經(jīng)元如此特殊？ 作者寫道，使這些蝗蟲的神經(jīng)元如此奇異的部分原因是，它們有兩種不同的方法來檢測潛在的碰撞，然后對其做出反應(yīng)。蝗蟲具有廣闊的視野（部分是由于它們略帶蠕動，復(fù)眼），使LGMD神經(jīng)元的一個分支“看到”正在接近的蝗蟲，而神經(jīng)元的另一分支“看到”了傳入蝗蟲的角速度目標(biāo)，幫助蝗蟲判斷其接近速度。工程科學(xué)和力學(xué)專業(yè)的研究生，研究的第一作者Darsith Jayachandran說，合并的信息然后被推到蝗蟲的大腦的另一部分，從而引發(fā)逃避碰撞的反應(yīng)  。

Jayachandran說：“由于神經(jīng)元有兩個分支，所以蝗蟲計算了這兩個輸入的變化，并意識到某些東西會發(fā)生碰撞�！� “因此，避免蝗蟲改變了方向�！�

為了在汽車中模擬這種情況，研究小組在浮動內(nèi)存（小型閃存單元）的頂部設(shè)計了一個小于．001毫米乘以0．005毫米的感光設(shè)備 。該設(shè)備通過響應(yīng)入射光（它被解釋為一個接近的物體）增加電流，并通過內(nèi)部抑制信號減少電流來平衡刺激。

在碰撞事件中將這些“ 戰(zhàn)斗或逃避”信號進(jìn)行組合以生成非單調(diào)響應(yīng)（一種人工推理），從而模仿蝗蟲可能突然決定改變航向以避免撞車的情況。

研究人員使用光強度來表示即將發(fā)生的碰撞有多近，因此設(shè)計了一個避碰系統(tǒng)來模仿蝗蟲。

為了測試他們的系統(tǒng)在實際中的運行情況，該團(tuán)隊使用了模擬汽車。該汽車能夠檢測到即將發(fā)生的碰撞，但是有限的深度和角度感知意味著該汽車無法預(yù)測威脅來自哪個方向，所以無法決定如何移動到避開它。

與像蝗蟲一樣，作者說使用這種特殊的神經(jīng)元主要是為了避免與其他蝗蟲發(fā)生碰撞，從理論上講，用于汽車的裝置不僅可以避免與其他車輛發(fā)生碰撞，也可以避免與行人發(fā)生碰撞。對于無人駕駛汽車尤其要注意這一點。

研究人員計劃擴大其汽車的刺激環(huán)境，使其包括不同速度，光線強度和軌跡的物體。他們希望這些進(jìn)一步的實驗將有助于改進(jìn)其設(shè)備，并提高其在設(shè)計用于機器人和自動駕駛汽車的避碰系統(tǒng)時的實用性。