Vad händer om drönare och självkörande bilar hade de pirriga "spidery sinnen" av Spider-Man?

De kan faktiskt upptäcka och undvika föremål bättre, säger Andres Arrieta, en biträdande professor i maskinteknik vid Purdue University, eftersom de skulle bearbeta sensorisk information snabbare.

Bättre avkänningsmöjligheter skulle göra det möjligt för drönare att navigera i farliga miljöer och för bilar för att förhindra olyckor orsakade av mänskliga misstag. Nuvarande state-of-the-art sensorteknologi behandlar inte data tillräckligt snabbt-men naturen gör det.

Och forskare skulle inte behöva skapa en radioaktiv spindel för att ge autonoma maskiner superhjälte avkänning förmågor.

Istället, Purdue -forskare har byggt sensorer inspirerade av spindlar, fladdermöss, fåglar och andra djur, vars verkliga spetsiga sinnen är nervändar kopplade till speciella neuroner som kallas mekanoreceptorer.

Nervändarna - mekanosensorer - detekterar och bearbetar bara information som är väsentlig för ett djurs överlevnad. De kommer i form av hår, cilia eller fjädrar.

"Det finns redan en explosion av data som intelligenta system kan samla in - och denna hastighet ökar snabbare än vad konventionell dator skulle kunna bearbeta, sa Arrieta, vars laboratorium tillämpar naturprinciper på konstruktion av strukturer, allt från robotar till flygplansvingar.

"Naturen behöver inte samla in alla uppgifter; den filtrerar bort vad den behöver, " han sa.

Många biologiska mekanosensorer filtrerar data - informationen de får från en miljö - enligt en tröskel, såsom förändringar i tryck eller temperatur.

En spindels håriga mekanosensorer, till exempel, sitter på benen. När en spindelväv vibrerar med en frekvens som är associerad med byte eller en kompis, mekanosensorerna upptäcker det, genererar en reflex i spindeln som sedan reagerar mycket snabbt. Mekansensorerna skulle inte upptäcka en lägre frekvens, som damm på nätet, för det är oviktigt för spindelns överlevnad.

Tanken skulle vara att integrera liknande sensorer rakt in i skalet på en autonom maskin, till exempel en flygplansvinge eller en kaross. Forskarna demonstrerade i ett papper publicerat i ACS Nano att konstruerade mekanosensorer inspirerade av spindelhår kan anpassas för att upptäcka förutbestämda krafter. I verkligheten, dessa krafter skulle associeras med ett visst objekt som en autonom maskin måste undvika.

Men sensorerna som de utvecklat känner inte bara av och filtrerar i mycket snabb takt - de beräknar också, och utan att behöva strömförsörjning.

"Det finns ingen skillnad mellan hårdvara och mjukvara i naturen; det är allt sammankopplat, "Sa Arrieta." En sensor är avsedd att tolka data, samt samla och filtrera det. "

I naturen, när en viss kraftnivå aktiverar mekanoreceptorerna associerade med den håriga mekanosensorn, dessa mekanoreceptorer beräknar information genom att växla från ett tillstånd till ett annat.

Purdue -forskare, i samarbete med Nanyang Technology University i Singapore och ETH Zürich, utformat sina sensorer för att göra detsamma, och att använda dessa på/av -tillstånd för att tolka signaler. En intelligent maskin skulle då reagera enligt vad dessa sensorer beräknar.

Dessa artificiella mekanosensorer kan känna av, filtrerar och beräknar mycket snabbt eftersom de är styva, Sa Arrieta. Sensormaterialet är utformat för att snabbt ändra form när det aktiveras av en yttre kraft. Ändrad form gör att ledande partiklar i materialet rör sig närmare varandra, som sedan låter elektricitet flöda genom sensorn och bära en signal. Denna signal informerar hur det autonoma systemet ska reagera.

"Med hjälp av maskininlärningsalgoritmer, vi kunde träna dessa sensorer att fungera autonomt med minimal energiförbrukning, "Arrieta sa." Det finns inte heller några hinder för att tillverka dessa sensorer i olika storlekar. "