新型1.5毫米傳感器賦予機(jī)器人180度視覺與仿生嗅覺能力

這款受昆蟲啟發(fā)的傳感器尺寸僅1.5毫米，將高速180度視覺與化學(xué)傳感陣列相結(jié)合，可協(xié)助機(jī)器人在災(zāi)難區(qū)域執(zhí)行導(dǎo)航任務(wù)。

中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家在機(jī)器人視覺領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。他們受果蠅啟發(fā)，研制出新型人造復(fù)眼。這款微型器件能使機(jī)器人同時(shí)實(shí)現(xiàn)視覺與嗅覺功能，有望革新無人機(jī)在狹窄危險(xiǎn)空間的導(dǎo)航方式。

不起眼的果蠅擁有驚人的視覺能力——其信息處理速度遠(yuǎn)超人類，且具備超廣視野。當(dāng)前多數(shù)無人機(jī)攝像頭體積笨重且功耗高，傳統(tǒng)傳感器往往缺乏周邊視覺，給自主機(jī)器造成顯著盲區(qū)。研究團(tuán)隊(duì)采用精密印刷技術(shù)攻克難題，運(yùn)用飛秒激光雙光子聚合技術(shù)制造出包含1027個(gè)視覺單元的微型結(jié)構(gòu)，整個(gè)傳感器僅1.5毫米見方。這種極致微型化設(shè)計(jì)對(duì)下一代微型無人機(jī)至關(guān)重要。

工程師還在透鏡間添加了名為"剛毛"的微細(xì)毛，仿生結(jié)構(gòu)能防止潮濕環(huán)境下的水分積聚，并阻擋灰塵碎屑，確保機(jī)器眼在各種惡劣天氣下保持功能。據(jù)報(bào)道，研究團(tuán)隊(duì)并未止步于視覺，他們通過噴墨打印化學(xué)傳感陣列，為設(shè)備增加了仿生嗅覺功能——該陣列在檢測(cè)到有害氣體會(huì)發(fā)生顏色變化。

盡管真實(shí)昆蟲并非通過眼睛感知?dú)馕叮@種混合設(shè)計(jì)將兩種關(guān)鍵感知能力集成于輕量化組件，有效減輕小型機(jī)器人負(fù)載。團(tuán)隊(duì)在微型機(jī)器人上測(cè)試該"生物復(fù)眼系統(tǒng)"時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)器不僅能成功探測(cè)移動(dòng)物體并規(guī)避障礙，其180度視野更避免了傳統(tǒng)機(jī)器人需轉(zhuǎn)動(dòng)頭部才能觀測(cè)側(cè)方的局限，可同時(shí)識(shí)別前后方威脅，完美復(fù)刻昆蟲的防御本能。

研究團(tuán)隊(duì)指出："該生物復(fù)眼系統(tǒng)對(duì)廣角移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)與近距避障具有超高靈敏度，在無人平臺(tái)導(dǎo)航和仿生機(jī)器人智能領(lǐng)域展現(xiàn)巨大潛力。"目前原型機(jī)仍需攻克若干工程難題：微型化導(dǎo)致圖像分辨率較低，曲面透鏡產(chǎn)生輕微圖像拉伸需復(fù)雜軟件校正，化學(xué)嗅覺傳感器反應(yīng)速度慢于視覺組件。研究人員計(jì)劃在后續(xù)迭代中重點(diǎn)突破高清視覺與快速化學(xué)反應(yīng)檢測(cè)技術(shù)。

一旦技術(shù)成熟，這種仿生眼或?qū)氐赘淖儜?yīng)急救援方式。配備該傳感器的小型無人機(jī)可進(jìn)入坍塌建筑，在瓦礫中搜尋幸存者，同時(shí)探測(cè)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)隱形化學(xué)泄漏。這項(xiàng)受蠅眼啟發(fā)的技術(shù)，終將以人類無法企及的方式拯救生命。

相關(guān)研究發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

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