Le détecteur de collision imite les essaims de criquets

Des invasions de criquets, contenant des millions d'insectes, volent dans le ciel pour attaquer les cultures, mais les insectes individuels ne se heurtent pas les uns aux autres au sein de ces essaims massifs. Une équipe d'ingénieurs est en train de créer un détecteur de collision à faible puissance qui imite la réaction d'évitement des criquets pèlerins pour aider les robots, les drones et même les voitures autonomes à éviter les collisions.

Les criquets utilisent un seul neurone spécialisé appelé Lobula Giant Movement Detector (LGMD) pour éviter les collisions. Le neurone reçoit deux signaux différents. La première est une image d'un criquet qui approche et tombe sur l'œil du criquet qui évite. Plus le criquet envahisseur se rapproche, plus l'image est grande et plus ce signal d'excitation devient fort. L'autre entrée est le changement de vitesse angulaire du criquet envahisseur par rapport au criquet évitant. Parce que le neurone a deux branches, le criquet calcule les changements dans ces deux entrées et se rend compte que quelque chose va entrer en collision, donc le criquet évitant change de direction.

Les chercheurs ont développé un détecteur de collision compact à l'échelle nanométrique utilisant du sulfure de molybdène monocouche comme photodétecteur. Ils ont placé le photodétecteur au-dessus d'une architecture de mémoire à grille flottante programmable qui peut imiter la réponse neuronale du criquet en utilisant seulement une infime quantité d'énergie.

Les criquets se déplacent à deux ou trois miles par heure et effectuent des changements de direction en centaines de millisecondes. La décision de se déplacer fait appel à des mathématiques non linéaires et à une dépense énergétique infime. Cette réaction rapide et cette consommation d'énergie modeste sont intéressantes pour les détecteurs de collision mécanisés. Les détecteurs actuels pour automobiles autonomes sont très gros et très lourds – le détecteur de collision des chercheurs répond en deux secondes. De plus, plutôt que d'être un détecteur polyvalent, le capteur à base de sulfure de molybdène est spécifique à une tâche, mais parce qu'il est si petit et utilise si peu d'énergie, c'est acceptable.

Le photodétecteur provoque une augmentation du courant de l'appareil en réponse à un objet venant en sens inverse - le signal excitateur - tandis que la pile de mémoire programmable sous-jacente provoque toujours une diminution du courant - le signal inhibiteur. Lorsqu'un objet s'approche, le signal excitateur est ajouté aux stimuli inhibiteurs, provoquant un changement non monotone du courant de l'appareil, imitant la réponse d'échappement du neurone LGMD trouvé chez les criquets. Le nouvel appareil peut détecter les collisions potentielles d'une variété d'objets à des vitesses variables.

Les chercheurs n'ont testé l'appareil qu'avec des objets sur une trajectoire de collision directe ; ils doivent encore optimiser les réponses pour des situations supplémentaires.