恢复哆啦A梦听觉!实装蝗虫耳朵,生物机器人可以“听到”声音,还能进行区分和响应-阿里云开发者社区

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恢复哆啦A梦听觉!实装蝗虫耳朵,生物机器人可以“听到”声音,还能进行区分和响应

简介: 恢复哆啦A梦听觉!实装蝗虫耳朵,生物机器人可以“听到”声音,还能进行区分和响应
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哆啦A梦是有耳朵的这件事,应该是一个大家都知道的秘密吧。

只不过文摘菌一直很好奇,后来耳朵没了,哆啦A梦到底是怎么听到大雄说话的。

现在,特拉维夫大学的研究人员就给出了一个可能的答案。

哆啦A梦的机器耳朵确实已经没了,但它可能装上了生物耳朵,就像这个机器人一样,通过这样的配置,机器人就能对声音进行反应了,比如从右侧的传感器上看到,拍两下,机器人就会向前走,拍一下就会后退。

相关研究成果也已经以论文的形式发表在了《传感器》杂志上。

论文链接:
https://www.mdpi.com/1424-8220/21/1/228/htm

Ear-bot实装蝗虫耳朵,生物传感器功能性极强

是不是感觉不可思议?

接下来文摘菌还想问问大家,你们觉得研究用到的生物耳朵是什么动物的(可千万别说是人的)(汉尼拔听了直流口水)。

答案是蝗虫。

为什么选择蝗虫呢,研究人员表示,“在数亿年的进化过程中,昆虫已经开发出了巧妙而简单但灵敏的传感器,它们体积小、重量轻,适用于极端变化的环境,具有低功耗的特点,并且超过了许多人造的人工传感器”。

“这些独特的特性使这些生物传感器在技术应用中非常有吸引力。”

确定目标之后就可以开始制作了。

这次研究人员选用的是一只年轻的成年沙漠蝗虫的耳朵,首先用二氧化碳把蝗虫麻醉,进行断头处理,然后切断翅膀和腿,再小心地将耳朵与听觉神经分割开来。

为了创建“耳朵上的芯片”,研究小组将昆虫的耳朵和神经放置在允许空气和声音通过的水生环境中,然后将其连接到定制的抽吸电极上,从而产生可以与生物混合机器人相连的微流控芯片。

这种微流体芯片取代了机器人的常规“听觉”系统,能够对声音进行响应,研究人员称之为“Ear-bot”。

当研究人员拍手时,蝗虫的耳朵识别出声音并将其转换为电信号,然后传输到电生理测量系统(EMS)以及控制器和信号处理系统(CSPS),该系统根据拍手的数量来控制机器人的运动。

“重要的是,该系统能够区分由于电动机引起的机器固有噪声和人为噪声,”研究人员说到,“耳朵对各种频率都很敏感,可以对真实的声音做出反应”。

“我们的任务是用一只死掉昆虫的耳朵代替机器人的电子麦克风,利用耳朵检测环境中的电信号的能力,在这种情况下是空气中的振动,并利用一个特殊的芯片,将昆虫的输入转换为机器人的输入。”研究报告的共同作者Ben Maoz周二在特拉维夫大学的一份声明中说。

集成于生物兼容的移动平台,以实现对声音的动态响应

在实验过程中,蝗虫的耳朵进行了隔离处理,以保持气囊和完整的听觉神经的完整性,微流控芯片旨在满足对维持神经和耳朵的水生环境的需求,以及允许接触空气和声压的必要性。

与标准的电生理记录需要的固定平台不同,该机器人是一个轻便的移动平台。在测试了多种集成式细胞外记录仪的选件之后,Ear-bot配备了定制的抽吸电极,电极可以很好地保证与神经的持续稳定连接,从而可以在芯片中长期记录耳朵的电生理活动。

在过程中,研究人员按照之前的构想对耳朵进行了刺激,结果显示,首先,Ear-bot能成功地将声音信号转移为电信号,随后还测试了Ear-bot对不同声源频率、距离和方向的响应。

为了保证Ear-bot不干扰耳朵的空间响应,研究人员还从不同角度、不同声音频率等方面对Ear-bot对声音的响应进行了表征。这是通过一个定制的系统进行的,该系统使声源在耳片周围径向移动,同时还可以改变与Ear-bot之间的距离。

除此之外,Ear-bot对不同方向声音的响应没有显著变化,对5到35cm距离的声音的响应也没有观察到差异。这便确保了Ear-bot将能够对来自不同方向和距离的声音做出反应。

将生物系统与机器人整合在一起,比完全采用机器人有一些潜在的优势,特别是在能源消耗方面。“它们是微型的,因此也是极其经济和高效的,”Maoz说。

为了进行比较,笔记本电脑每小时消耗约100瓦特,而人脑每天消耗约20瓦特。在这方面,大自然可以说要比人类先进得多,因此我们应该最大限度地进行学习。

本次研究所证明的原理可以用于其他感官,比如嗅觉、视觉或触觉。例如,某些动物具有惊人的发现爆炸物或毒品的能力,搭载生物鼻子的机器人可以识别罪犯。还有一些动物能够发现疾病,感觉到地震,等等。

希望Ear-Bot只是一个开始,它可以促进生物机器方面的研究,未来或许会有其他生物系统被整合到机器人系统中,以实现更快的发展。

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