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新一代自动驾驶汽车,设计范本是昆虫和鱼群

2013年11月07日09:03    

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日产汽车公司通过观察蜜蜂和鱼群的活动开发出了自动驾驶汽车。东京大学以应用于机器人为目标,再现了昆虫的大脑。人类能多大程度探明生物的神秘性,并应用于日常生活中呢?

大脑中有一小片负责某种重要原始功能的区域,即“回避危险”的部分。不仅是人类,爬虫类、昆虫、鱼、鸟等多种生物的大脑中都有这个区域。

地球上的生命大约起源于40亿年前。在这期间,人类不断进化并传承了许多生物的功能。探索这种功能并灵活应用,这是目前许多技术人员在做的事情。

通过灵敏的动作避免事故

“我们研究的是蜜蜂和鱼群”,在日产负责先进技术研究的专家型领导二见彻这样说道。2013年9月,该公司在美国加利福尼亚州公开了两辆自动驾驶汽车。在演示行驶中,当路上突然出现人时,汽车会自动打方向盘,通过灵敏的动作平安避开。

自动驾驶汽车的开发历史要追溯到2008年公开的机器人车“BR23C”,该车利用了蜜蜂的飞行分析结果,这是日产与东京大学尖端科学技术研究中心的共同研究成果。

蜜蜂在飞来飞去的过程中为何不会碰撞呢?这是因为蜜蜂具备一种躲避风险的能力,可以用左右的复眼检测周围的情况,针对闯进自己“领地”的天敌和障碍物,瞬间转换方向。

BR23C自动驾驶车用称为激光测距仪的传感器实现了掌握周围情况的复眼功能。通过检测投射激光的反射光,根据时间差测量到障碍物的距离。可以根据情况加速、减速或旋转,从而避免碰撞。

蜜蜂通过瞬间组合各种动作来躲避障碍物和天敌。二见表示:“我们把这种躲避动作数字化,使障碍物从不同方向接近时,汽车的躲避行为规则化。”根据这个规则及时切换车轮的角度,由此实现了瞬间躲避。

在BR23C之后,日产又参考了鱼群的行为。

在鱼群中,即使鱼和鱼之间的距离非常近也可以畅通无阻地游动。如果汽车也能实现同样的行动,应该可以构筑不易拥堵的高效率交通系统。

能让鱼在鱼群中与其他的鱼保持适当距离,从而避免碰撞的是“侧线”。正如其名称一样,侧线是位于鱼体侧面鱼鳞下方的感觉器官,用来在水中感知水压和水流的变化。根据水流的乱流检测出障碍物和碰撞危险,从而能够一直与旁边的鱼保持适当的距离。

日产2009年公开的机器人车“EPORO”用BR23C同样采用的激光测距仪发挥了侧线的作用。利用激光测距仪随时测量与附近车辆的距离,加以适当地控制。通过用无线通信功能使多辆汽车联动,在车流中可畅通无阻地自动行驶。

集成了这些技术的成果就是前面提到的自动驾驶汽车。日产宣布将在2020年之前开发出多种自动驾驶汽车。

用计算机再现大脑

模仿生物功能的不仅限于汽车领域。生物的功能还蕴藏着使机器人和人工智能实现飞跃发展的可能性。

用世界最高水平的超级计算机“京”再现昆虫的大脑——这是东京大学教授神崎亮平负责的项目。

昆虫的大脑只有几毫米大。也许有人认为再现这么小的东西毫无用处,其实不然。昆虫大脑的基本机制与人类相同,由称为神经元的神经细胞构成,其形状和作用与人类相同。虽然人类大脑中的细胞数量为1000亿,而昆虫只有区区10万,但其能力却是“非同寻常”。

昆虫通过复眼和触觉等感测到外部刺激后做出反应的时间为0.01秒,是人类的十分之一。人轻易捕捉不到昆虫是因为,在昆虫看来,人类的动作就像慢动作一样。

昆虫的嗅觉也十分灵敏。在《法布尔昆虫记》中,法国著名生物学家让·亨利·法布尔描述了这样一段场景:雄蛾为寻找雌蛾,循着雌蛾留下的气味可从几公里的远处飞过来。

雄蚕蛾平时是不会飞的。但一旦嗅到雌蚕蛾发出的费洛蒙味道就会立即行动,准确到达雌蚕蛾身边。

雄蚕蛾对雌蚕蛾发出的微弱的费洛蒙也会做出反应。神崎教授通过改变蚕蛾嗅觉受体细胞的基因,使之对其他特定气味做出反应并发光。作为高精度气味传感器,其实用化备受期待。

神崎教授指出,“以往的仿生学是人类通过对自然的观察来模仿所掌握的模式和形状。”但如果能在计算机上再现昆虫的大脑,则可以了解昆虫的大脑对于刺激会作何反应,从而探明其机制。

 

(责编:值班编辑、庄红韬)

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