Détecteur de collision inspiré des criquets améliore la sécurité des robots et véhicules

Des nuées de criquets, contenant des millions d'insectes, volent à travers le ciel pour attaquer les cultures, mais les insectes individuels ne se heurtent pas entre eux dans ces essaims massifs. Une équipe d'ingénieurs crée un détecteur de collision à faible consommation imitant la réponse d'évitement du criquet pour aider robots, drones et même voitures autonomes à éviter les collisions.

Les criquets utilisent un seul neurone spécialisé appelé Détecteur de Mouvement Géant Lobula (LGMD) pour éviter les collisions. Le neurone reçoit deux signaux différents. Le premier est une image d'un criquet approchant qui tombe sur l'œil du criquet évitant. Plus l'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. Comme le neurone a deux branches, le criquet calcule les changements dans ces deux entrées et réalise qu'une collision va se produire, donc le criquet évitant change de direction.

Les chercheurs ont développé un détecteur de collision compact à l'échelle nanométrique en 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 du neurone du criquet en utilisant seulement une infime quantité d'énergie.

Les criquets volent à 2-3 miles par heure et changent de direction en centaines de millisecondes. La décision de bouger emploie des mathématiques non-linéaires et une dépense énergétique minuscule. Cette réaction rapide et cet usage modeste d'énergie sont attractifs pour les détecteurs de collision mécanisés. Les détecteurs actuels pour automobiles autonomes sont très grands et très lourds — le détecteur des chercheurs répond en deux secondes. Aussi, plutôt que d'être un détecteur fourre-tout, le capteur à base de sulfure de molybdène est spécifique à une tâche mais comme il est si petit et utilise si peu d'énergie, c'est acceptable.

Le photodétecteur cause une augmentation du courant du dispositif en réponse à un objet arrivant — le signal excitateur — tandis que la pile de mémoire programmable sous-jacente cause toujours une diminution du courant — le signal inhibiteur. Quand un objet approche, le signal excitateur s'ajoute aux stimuli inhibiteurs, causant un changement non-monotone du courant du dispositif, imitant la réponse d'évasion du neurone LGMD des criquets. Le nouveau dispositif peut détecter des collisions potentielles de divers objets à vitesses variables.

Les chercheurs n'ont testé le dispositif qu'avec des objets sur un chemin de collision direct ; ils doivent encore optimiser les réponses pour des situations additionnelles.