Detetor de colisão imita enxames de gafanhotos

Pragas de gafanhotos, contendo milhões de insetos, voam pelo céu para atacar as plantações, mas os insetos individuais não colidem uns com os outros dentro desses enxames maciços. Uma equipe de engenheiros está criando um detector de colisão de baixa potência que imita a resposta de prevenção de gafanhotos para ajudar robôs, drones e até carros autônomos a evitar colisões.

Os gafanhotos usam um único neurônio especializado chamado Lobula Giant Movement Detector (LGMD) para evitar colisões. O neurônio recebe dois sinais diferentes. A primeira é uma imagem de um gafanhoto se aproximando que cai no olho do gafanhoto que está evitando. Quanto mais se aproxima o gafanhoto invasor, maior a imagem e mais forte esse sinal de excitação se torna. A outra entrada é a mudança na velocidade angular do gafanhoto invasor em relação ao gafanhoto que evita. Como o neurônio tem duas ramificações, o gafanhoto calcula as mudanças nessas duas entradas e percebe que algo vai colidir, então o gafanhoto que evita muda de direção.

Os pesquisadores desenvolveram um detector de colisão compacto em nanoescala usando sulfeto de molibdênio em monocamada como fotodetector. Eles colocaram o fotodetector em cima de uma arquitetura de memória de porta flutuante programável que pode imitar a resposta do neurônio do gafanhoto usando apenas uma pequena quantidade de energia.

Os gafanhotos se movem a duas a três milhas por hora e fazem mudanças de direção em centenas de milissegundos. A decisão de se mudar emprega matemática não linear e um gasto de energia minúsculo. Essa reação rápida e o uso modesto de energia são atraentes para detectores de colisão mecanizados. Os detectores atuais para automóveis autônomos são muito grandes e muito pesados ​​– o detector de colisão dos pesquisadores responde em dois segundos. Além disso, em vez de ser um detector multifacetado, o sensor baseado em sulfeto de molibdênio é específico para uma tarefa, mas por ser tão pequeno e usar tão pouca energia, isso é aceitável.

O fotodetector causa um aumento na corrente do dispositivo em resposta a um objeto que se aproxima – o sinal excitatório – enquanto a pilha de memória programável subjacente sempre causa uma diminuição na corrente – o sinal inibitório. Quando um objeto se aproxima, o sinal excitatório é adicionado aos estímulos inibitórios, causando uma mudança não monotônica na corrente do dispositivo, mimetizando a resposta de escape do neurônio LGMD encontrado em gafanhotos. O novo dispositivo pode detectar potenciais colisões de uma variedade de objetos em velocidades variadas.

Os pesquisadores testaram o dispositivo apenas com objetos em trajetória de colisão direta; eles ainda precisam otimizar as respostas para situações adicionais.