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汽车变身蜘蛛侠?当蜘蛛传感器植入自动驾驶汽车外壳

作者:蔡婕、宋欣仪
 
众所周知,蜘蛛侠拥有蜘蛛般敏锐的感官,它帮助超级英雄提前感知危险并迅速做出反应。
 
现在,无需放射性蜘蛛的叮咬,无人机和自动驾驶汽车也可以拥有超级英雄的感知能力。
 
在ACS Nano发表的一篇论文中,来自普渡大学,新加坡南洋理工大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员提议将蜘蛛式传感器集成到自动机器的外部。也就是说,汽车,飞机和无人机即将拥有蜘蛛般的感官。
 
向大自然借灵感
 
蜘蛛侠的能力并非凭空虚构,蜘蛛的腿上的确有微小的敏感毛发,可以帮助它们避开掠食者或猎食猎物。研究人员正是受到蜘蛛、蝙蝠、鸟类和其他动物的启发,建造了传感器。
 
生物接受信息的路径是:神经末梢——机械传感器——检测和处理动物生存所必需的信息。这些传感器以头发、纤毛或羽毛的形式出现。而这些动物真正关键的传感器,是与称之为“机械感受器”的特殊神经元相连的神经末梢。
 
但是根据发表在ACS Nano杂志上的研究,目前最先进的传感器技术处理数据的速度也还不够快,远远赶不上自然界的速度。
 
普渡大学(Purdue University)助理教授Andres Arrieta表示,“智能系统能够收集的数据已经出现爆炸式增长,而且这一速度的增长速度超过了传统计算能够处理的数据。”
 
大自然是怎么做到速度这么快的?
 
因为大自然并不需要收集每一条数据,它会过滤掉不需要的数据。
 
正如研究人员所解释的那样,自然界能够如此快速地处理数据的一个原因是许多生物机械传感器根据阈值(例如压力或温度的变化)来过滤数据——也就是它们不会处理所有数据,只留下生存所必需的信息。
 
例如,当猎物落在蜘蛛网上时,蜘蛛腿上的毛发以特定频率振动并刺激机械传感器。但是当灰尘落在卷筒纸上时,机械传感器不会对振动的频率做出反应。
 
研究人员正致力于开发能够以类似方式响应的传感器,有选择地处理信息,从而减少数据负荷。
 
当汽车变身蜘蛛侠
 
在自然界中,一旦特定水平的力激活了与毛发传感器相关联的机械感受器,这些感受器就会通过从一种状态切换到另一种状态的方式来计算信息。普渡大学的研究人员与新加坡南洋理工大学还有瑞士苏黎世联邦理工学院合作,设计了同样原理的传感器,并利用这些开/关状态来解释信号。
 
研究人员证明,受蜘蛛毛发启发而设计的机械传感器可以被定制,用以检测外力。在现实生活中,这些外力主要是指无人机、自动驾驶汽车行驶时候需要避免的障碍物。他们开发的传感器不仅能够以非常快的速度感知和过滤信息,并且可以进行计算,而且无需电源。
 
“硬件和软件本质上没有区别,它们都是相互关联的。传感器的作用是解释、收集和过滤数据。”Arrieta说。
 
衔接硬件软件之间的鸿沟之后,智能机器可以及时根据传感器计算的结果做出反应。这些人工机械传感器由于硬度高,能够非常迅速地感知、过滤和计算。传感器材料也经过了特意的选择,在被满足预定阈值的外力激活作用下,能够快速改变形状。形状的改变使得材料内部的导电粒子相互靠近,从而使电流可以通过传感器并携带信号。该信号将通知自主系统应如何响应。这样,传感器不仅可以快速检测和过滤,而且还可以在没有电源的情况下进行计算。
 
拥有“蜘蛛般感官”有什么用?
 
Purdue大学机械工程助理教授Andres Arrieta表示,植入传感器之后,自动驾驶汽车可以会更好地检测和避开物体,因为他们可以更快地处理感官信息。
 
更好的传感能力使无人机可以在危险的环境中行驶,有效避免一些由人为错误引起的事故。
 
这项研究得到了苏黎世联邦理工学院和普渡大学的资助,这是普渡大学在人工智能,算法和自动化方面的进步的重要体现。
 
自动驾驶汽车必须比普通汽车更安全
 
自2004年开始推出自动驾驶汽车技术以来,大家对于自动驾驶的前景充满信心。多家公司已经加入这场角逐,包括科技巨头谷歌,优步和特斯拉。同时许多传统汽车制造商,如通用汽车,福特和沃尔沃也旋即加入了竞争。目前全球自动驾驶汽车市场的估值估计为540亿美元,预计未来七年会增长到10倍左右。
 
 
与此同时,我们看到自动驾驶汽车的安全与责任问题也在引起争议。2018年优步自动驾驶车辆撞击并导致了一名路人的死亡。这一事件引起了媒体的哗然,这个事件之后以优步与受害者的家人达成和解协议为结局。
 
自动驾驶汽车领域的研究人员和工程师正在研究和定义安全性的参数。关于自动驾驶汽车的最大问题之一不是技术问题,而是社会问题:怎样才算是足够安全?也就是说,没有明确的参数来确定安全性是否足够,安全到什么地步可以允许自动驾驶汽车上路。
 
如今人控驾驶已经是一项非常安全的活动:在美国,大约每行驶1亿英里有一人死亡。所以这样推测,自动驾驶汽车需要做得更好。但要好多少不是一个简单的答案。他们需要10%更安全吗?100%更安全?如果这意味着更多的人在此期间死亡,那么等待自动驾驶汽车达到超高安全标准是否可以接受?
 
到目前为止,自动驾驶汽车和自动化技术已被证明是非常安全的,同时还在不断进步,但它们并非万无一失。我们必须回答的问题是我们如何定义安全,包括它的意义和我们如何证明它。将我们的生活置于自动汽车手中的想法还是令人害怕,即使它确实更安全。
 
相关报道
 
https://www.engadget.com/2019/05/21/sensors-autonomous-vehicles-spider-inspired/
 
https://www.sciencetimes.com/articles/22037/20190522/spidey-senses-could-help-autonomous-machines-see-better.htm
 
https://www.newsnation.in/auto-news/cars/soon-spidey-senses-could-help-self-driving-cars-avoid-crashes-article-225732.html
 
https://www.techexplorist.com/spidey-senses-help-autonomous-vehicles-better-detect-avoid-objects/23388/
 
https://www.vox.com/recode/2019/5/17/18564501/self-driving-car-morals-safety-tesla-waymo
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