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Forscher ahmen Locust Brains nach, um selbstfahrende Autos zu verbessern

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Das genaue Erkennen potenzieller Kollisionen und das rechtzeitige Reagieren ist für die Robotik und die autonome Fahrzeugsicherheit von entscheidender Bedeutung

Eine Studie, die gestern, 24. August 2020, in der Zeitschrift Nature Electronics veröffentlicht wurde, legt nahe, dass Heuschrecken einen einzigartigen Aspekt ihrer Vision unter Insekten haben.

Saptarshi Das, Co-Autor und Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik an der Penn State University (PSU), sagte dazu EurekAlert "Wir sind immer auf der Suche nach Tieren mit ungewöhnlichen Fähigkeiten, die etwas besser können als Menschen. Das Sehen von Insekten wird regelmäßig von Menschen verwendet, um automatische Systeme zu entwerfen. Deshalb haben wir uns überlegt, wie es funktioniert, und Heuschrecken sind einfach unglaublich. Was diese sind Kreaturen können tun ist sehr demütig."

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Heuschrecken gelten nicht als gutes Omen, man könnte die Meinung der Bauern oder der Bibel dazu nehmen. Interessant ist, wie diese Insekten vermeiden, miteinander zu kollidieren, selbst wenn sie in Schwärmen mit einer Anzahl von 80 Millionen Insekten leben.

Was zeichnet Heuschrecken aus?

Heuschrecken erreichen dieses Kunststück über ein spezialisiertes Neuron namens Lobula Riesen-Bewegungsmelder (LGMD). Die Doktorandin Darsith Jayachandran erklärt, dass das Neuron zwei Signale empfängt und diese ständig vergleicht. Das erste Signal erkennt die Nähe. Wenn sich eine Heuschrecke einer anderen nähert, wird ihr Erscheinungsbild größer und dies erregt die LGMD der angesprochenen Heuschrecke. Das zweite Signal überwacht die Rotationsgeschwindigkeit der sich nähernden Heuschrecke relativ zur sich nähernden Heuschrecke.

Und genau das zeichnet diese Insekten aus. Sie haben zwei verschiedene Mittel potenzielle Kollisionen zu erkennen und darauf zu reagieren. Heuschrecken haben dank ihrer unheimlichen Augenform ein ziemlich weites Sichtfeld.

Sie teilen sich also die Rolle, die LGMD mit der erforderlichen Eingabe zu versorgen. Einer übernimmt den sehenden Teil, während der andere die relative Rotationsgeschwindigkeit berechnet. Wenn die LGMD diese beiden Eingänge kombiniert, löst sie eine Fluchtreaktion aus, wenn die Reize stark genug werden.

Der Erstautor Darsith Jayachandran erklärt: "Da das Neuron zwei Zweige hat, berechnet die Heuschrecke die Änderungen in diesen beiden Eingaben und erkennt, dass etwas kollidieren wird. Die vermeidende Heuschrecke ändert also die Richtung."

Anwendung auf autonome Fahrzeuge

Die Forscher geben an, dass frühere Arbeiten zur Implementierung einer ähnlichen Antikollisionsmaßnahme wie bei selbstfahrenden Autos für sie ermutigend waren. Diese Systeme hatten jedoch einige Hauptnachteile, wie ihre unpraktische Größe und ihren hohen Energieverbrauch. Sie argumentieren, dass ihr Design kompakter und energieeffizienter ist und ein Durchbruch in dieser Anwendung sein könnte.

Um die Funktion von LGMD nachzuahmen, entwarf das Team einen Fotorezeptor unter 0,001 bis 0,005 mm und platzierte ihn auf einer kleinen Flash-Speicherzelle. Wenn das einfallende Licht zunimmt, nimmt ein internes Hemmsignal ab.

Das Team testete das System in einer simulierten Umgebung. Es funktionierte, das Auto konnte Kollisionen erkennen, bevor sie auftreten konnten, aber aufgrund der begrenzten Tiefe und Rotationswahrnehmung konnte das Auto nicht entscheiden, in welche Richtung es sich bewegen sollte, um Kollisionen zu vermeiden.

Jetzt planen die Forscher, ihre Stimulusumgebung zu erweitern, um auf verschiedene Objekte zu reagieren, indem das System auf unterschiedliche Geschwindigkeits-, Rotations- und Lichtintensitätskonfigurationen konditioniert wird. Sie hoffen, ein anwendbares und praktikables Kollisionsvermeidungssystem für autonome Autos und Roboter zu entwickeln.


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