Исследование, опубликованное в журнале Nature Electronics, посвящено уникальной способности саранчи, которая умудряется в миллиардной стае избегать столкновения друг с другом во время своих многокилометровых нашествий. Каким образом этим насекомым удается такое, и стало предметом изучения ученых.
Как выяснилось, они обладают неким детектором движения Лобулы - LGMD. Это уникальный нейрон, способный распознавать важные сигналы. Он реагирует на изменение образа приближающегося объекта, который попадает в поле зрения насекомого, и чем объект ближе, тем больше изображение и сильнее сигнал нейрона. Также он распознает изменение угловой скорости объекта. На основании этих данных кузнечик вычисляет возможность столкновения и меняет направление своего движения в сотни миллисекунд.
Его единственная нейронная клетка как миникомпьютер выполняет нелинейные математические операции со зрительными стимулами, чтобы вызвать реакцию избегания с минимальными затратами энергии.
На основании этих данных, а именно алгоритмах обработки изображений, ученые создали модели предотвращения столкновений. Однако еще ни одна из них не показывала такую же эффективность, как этот единственный нейрон саранчи. Еще не удавалось создать столь же энергоемкий и миниатюрный датчик.
И вот теперь биоинженеры разработали компактный наноразмерный (около одного на пять микрометров) детектор столкновений. В качестве фотодетектора они применили однослойный сульфид молибдена. Детектор имитирует ответную реакцию нейрона саранчи LGMD и потребляет очень малое количество энергии. Инженеры разместили фотодетектор на вершине программируемой архитектуры памяти с плавающим затвором.
Ученые сумели пойти еще дальше саранчи. Ведь насекомое умеет избегать столкновения лишь с себе подобными. А искусственный детектор способен избегать столкновений с различными объектами, движущимися с разной скоростью, но находящимися на пути прямого столкновения. В перспективе работы с разными углами атаки. Это поможет навести порядок в небе, когда оно наполнится дронами и другими беспилотными летательными аппаратами.