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背包小强想拯救人类!“背”上计算机芯片,半机械蟑螂运动轻松可控,未来可用于救援

简介: 背包小强想拯救人类!“背”上计算机芯片,半机械蟑螂运动轻松可控,未来可用于救援

夏天到了,家里的蟑螂是不是又在蠢蠢欲动了?

蟑螂这个东西,可以说是人人喊打,但是呢,也是“打不死的小强”。

既然如此,我们为什么不换个思路,既然不能消灭它,那么为何不把蟑螂利用起来?

最近,新加坡南洋理工大学的研究人员就提出了一个想法,他们在蟑螂身上安装了装配了红外摄像头、二氧化碳传感器和温度/湿度传感器等功能的小型计算机芯片,这下子,蟑螂就能被远程控制,想让它往哪个方向它就往哪个方向。

研究人员表示,这种背上了计算机“背包”的蟑螂在未来还能用于执行搜索和救援任务。没想到吧,或许将来有一天,我们还会被蟑螂拯救。

这项研究目前已经以论文的形式进行了发表,感兴趣的同学可以自取:

论文链接:
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2105/2105.10869.pdf

用电刺激控制蟑螂移动,还能用于救援任务

可能不少同学和文摘菌有一样的疑惑,这动物世界种类千千万,为什么偏偏要选择蟑螂呢?

根据研究人员解释,蟑螂主要可以通过神经、神经肌肉或感觉位置的电刺激进行控制。同时由于昆虫能够通过自身提供大部分“能量”,因此需要构建到计算阵列中的电能是最少的。

也正是得益于此,这种半机械蟑螂的“电池”寿命比同样小尺寸的传统机器人要更长,一般来说可以运行1个小时,这对于实际应用而言也颇有助益。

从下图可以看到,这只马达加斯加蟑螂的尾部植入了电极,也就是左右两侧突出的附属物。电流通过电极传送到两个尾须,引起转动,当左侧尾毛受到刺激时,蟑螂就会向右转,反之则会向左转。

通过这样的方法,科学家们能够轻易地控制蟑螂移动的方向。听上去和用桨划船差不多。

不过,在整个过程中,蟑螂仍然能够控制自己腿部的运动,这也就意味着,如果蟑螂一开始处于静止不动的状态,首先可能需要其他的刺激让它们动起来。

研究人员表示,微型机器人要真正为搜救任务服务做好准备,还有很长一段路要走。其中主要的问题在于,电池的局限性、“运动的计算负载”和避障系统。

作为替代解决方案,他们开发了一种计算机和生物混合体,即这种半机械蟑螂,把微控制器和摄像头连接到蟑螂背部。

这种半机械蟑螂结合了使用自定义控制算法和昆虫本身的导航能力来探索复杂的地形,其“人体存在检测”系统则使用了一种由自定义机器学习模型引导的红外摄像头。

因此,半机械蟑螂不仅能够自主导航,还能够在倒塌的建筑物等受损环境中找到和检测人类。

基本行为衔接流畅,人类识别准确度高达90%

俗话说,是骡子是马,还是得拉出来溜溜。

那我们首先来看看这种半机械蟑螂的左右转行为表现。

可以看到,蟑螂下达命令后能够做到左转、右转和加速。这些指令都是通过无线传输从一台电脑,再传到安装在蟑螂背部的接收器上。然后,接收器对指令进行解读,产生相应的电刺激,以此诱导蟑螂做出相应的行为。

随后,该团队通过将蟑螂放置在包含多个人类和非人类目标的模拟环境中,测试了半机械蟑螂在这种复杂地形中的导航和寻找人类的能力。

研究人员表示,尽管事先缺乏任何障碍物信息,但蟑螂仍然能够成功地引导自己穿越地形,再加上利用红外摄像头和人体检测算法正确地对人类进行分类,从而忽略非人类主体。

根据论文介绍,机载红外摄像头是一个32×32像素的小型传感器,具有90度视野。研究人员表示,在离主体一米半的距离内,系统在区分人类与其他对象方面的成功率为87%,当把系统装配在蟑螂身上时,整体成功率会提高到90%。

虽然由于硬件限制,尚无法实时跟踪蟑螂,但研究人员希望在未来通过可以中继到控制中心的低能量信号来实现这一点。

小蟑螂也有大用处

其实,巧用蟑螂的构想,在2014年就有了。

北卡罗来纳州立大学电气和计算机工程助理教授Alper Bozkurt说:“在倒塌的建筑物中,声音是寻找幸存者的最佳方式。”

于是,研究人员为蟑螂安装了带有微型麦克风的电动背包,用于检测最微弱的声音。通过让机器蟑螂进入被地震袭击的建筑物,就能帮助紧急救援人员找到幸存者。

“我们的目标是使用带有高分辨率麦克风的生物机器人来区分声音,比如人们呼救和无关紧要的声音,比如管道漏水的声音。”

“一旦确定了声音,我们就可以使用配备麦克风阵列的生物机器人来锁定声音来源。”

同样的,这些蟑螂背上也背有一个“背包”,用于控制着它们的行为,这些装置也都是直接连接到蟑螂的尾部,通过电刺激促使蟑螂向某个方向移动。

这种“背包”配备了一组三个定向麦克风,用于检测声音的方向,并将蟑螂引导到正确的方向。另一种类型配备单个麦克风,可以捕捉来自任何方向的声音,然后可以无线传输给急救人员。

这些蟑螂在实验室测试中“运行良好”,专家们还开发了可用作“隐形围栏”的技术,将生物机器人保持在某个区域,例如灾区。

这项技术还可用于将生物机器人引导至光源,以便为生物机器人背包上的微型太阳能电池板充电。

随着技术的发展,就连蟑螂这样被我们讨厌人人喊打的动物也能派上用场,未尝不是一件好事。那么问题来了,这样的蟑螂,你敢爱吗?

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