Von Spinnen inspirierte Wissenschaftler, um die Leistung von Drohnen zu verbessern

- May 25, 2019-


Ausländischen Medienberichten zufolge haben sich Purdue-Forscher kürzlich durch die Sensoren von Spinnen, Fledermäusen, Vögeln und anderen Tieren inspirieren lassen, um die Fähigkeit selbstfahrender Autos und Drohnen zu verbessern. Diese neuen Sensoren sind mit den Nervenenden des Organismus und speziellen Neuronen, den sogenannten Mechanorezeptoren, verbunden. Diese müssen nur in Form von Haaren, Zilien oder Federn vorliegen, um die für das Überleben von Insekten / Tieren erforderlichen Informationen zu erkennen und zu verarbeiten.

Andres Arrieta, Assistenzprofessor für Maschinenbau an der Purdue University, sagte: "Intelligente Systeme können bereits große Datenmengen erfassen, und diese Geschwindigkeit wächst schneller als die Daten, die herkömmliche Computer verarbeiten können." Sein Labor wendet natürliche Prinzipien auf Strukturen an. Entworfen von Robotern bis zu Flugzeugflügeln. Er sagte auch: "Die Natur muss nicht alle Daten sammeln, sondern filtert automatisch die erforderlichen Daten heraus."

Viele biomechanische Sensoren filtern Daten basierend auf Schwellenwerten (wie z. B. Änderungen von Druck oder Temperatur) (dh den Informationen, die sie von der Umgebung erhalten). Zum Beispiel befindet sich der pelzige mechanische Sensor einer Spinne an ihrem Bein. Wenn das Spinnennetz mit einer Frequenz vibriert, die der Beute oder dem Ehepartner zugeordnet ist, erkennt der mechanische Sensor dies, erzeugt eine Reflexion in der Spinne und reagiert dann sehr schnell. Mechanische Sensoren erkennen keine niedrigeren Frequenzen wie Staub im Netz, da dies für das Überleben der Spinne nicht wichtig ist.

ultrasonic sensor for UAVs

Die Idee ist, ähnliche Sensoren, Ultraschallsensoren, direkt in das Gehäuse einer automatisierten Maschine, beispielsweise eines Flugzeugflügels oder einer Karosserie, zu integrieren. In einem von den Forschern des ACS Nano veröffentlichten Artikel haben Forscher gezeigt, dass mechanische Sensoren, die von Spinnenhaaren inspiriert sind, angepasst werden können, um vorgegebene Kräfte zu erfassen. Im wirklichen Leben werden diese Kräfte beispielsweise mit einem Objekt verknüpft, das die autonome Maschine meiden muss.


Die von ihnen entwickelten Sensoren können jedoch nicht nur sehr schnell erkannt und gefiltert werden, sie können auch berechnet werden, und es wird keine Leistung benötigt. Professor Arrieta sagte: "Es gibt keinen Unterschied zwischen Hardware und Software. Sie hängen alle zusammen. Sensoren sind so konzipiert, dass sie Daten interpretieren und Daten sammeln und filtern."


Sobald ein bestimmtes Kraftniveau einen mit einem haarigen mechanischen Sensor verbundenen Mechanorezeptor aktiviert, berechnen diese Mechanorezeptoren in der Natur Informationen, indem sie von einem Zustand in einen anderen wechseln. Forscher der Purdue University haben mit der Nanyang Technology University in Singapur und der ETH Zürich zusammengearbeitet, um dieselben Sensoren zu entwerfen und diese Schaltzustände zur Interpretation dieser Signale zu verwenden.


Laut Professor Arrieta sind diese künstlichen mechanischen Sensoren aufgrund ihrer hohen Härte in der Lage, sehr schnell zu erfassen, zu filtern und zu berechnen. Das Sensormaterial ist so ausgelegt, dass sich die Form unter Einwirkung äußerer Kräfte schnell ändert. Durch die Formänderung nähern sich die leitenden Partikel im Inneren des Materials an, sodass Strom durch den Sensor fließen und das Signal übertragen kann.


Professor Arrieta sagte: "Mit Algorithmen für maschinelles Lernen können wir diese Sensoren, Ultraschallsensoren aus der Hauptarbeit, mit minimalem Energieverbrauch trainieren, und es gibt keine Hindernisse bei der Herstellung von Sensoren verschiedener Größen."

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