메뚜기 영감 충돌 감지기, 로봇·차량 안전성 높여

수백만 마리가 하늘을 날아 작물을 공격하는 메뚜기 떼 속에서 개개 곤충은 서로 충돌하지 않습니다. 엔지니어 팀이 메뚜기 회피 반응을 모방한 저전력 충돌 감지기를 만들어 로봇, 드론, 자율주행차의 충돌 방지를 돕고 있습니다.

메뚜기 회피 메커니즘

메뚜기는 로불라 거대 운동 감지기(LGMD)라 불리는 단일 특화 뉴런을 써서 충돌을 피합니다. 이 뉴런은 두 가지 다른 신호를 받습니다. 첫째, 접근하는 메뚜기 상이 회피 메뚜기 눈에 맺힙니다. 침입 메뚜기가 가까워질수록 상이 커지고 이 흥분 신호가 강해집니다. 둘째, 침입 메뚜기의 회피 메뚜기 기준 각속도 변화입니다. 뉴런이 두 갈래라 이 두 입력 변화를 계산해 충돌 임박을 인지하고 회피 메뚜기가 방향을 바꿉니다.

인공 충돌 감지기 구현

연구진은 단일층 이황화 몰리브덴을 광검출기로 써서 콤팩트한 나노스케일 충돌 감지기를 개발했습니다. 프로그래머블 플로팅 게이트 메모리 아키텍처 위에 광검출기를 올려, 메뚜기 뉴런 반응을 극소량 에너지만으로 모방했습니다.

메뚜기는 시속 2-3마일로 움직이며 수백 밀리초 내 방향 전환합니다. 이동 결정은 비선형 수학과 미세한 에너지 소비로 이뤄집니다. 이 빠른 반응과 적은 에너지 사용이 기계적 충돌 감지기에 매력적입니다. 현재 자율주행차용 감지기는 매우 크고 무겁습니다. 연구진 감지기는 2초 내 반응합니다. 만능 감지기라기보다 작업 특화형이지만, 워낙 작고 에너지 적게 써서 수용 가능합니다.

작동 원리

광검출기는 접근 물체에 반응해 디바이스 전류 증가(흥분 신호) 유발. 하부 프로그래머블 메모리 스택은 항상 전류 감소(억제 신호) 유발. 물체 접근 시 흥분 신호가 억제 자극에 더해져 디바이스 전류에 비단조적 변화 유발, 메뚜기 LGMD 뉴런의 탈출 반응 모방. 새 장치는 다양한 물체의 다양한 속도 잠재적 충돌 감지 가능.

향후 과제

연구진은 직진 충돌 경로 물체로만 테스트했습니다. 추가 상황들에 대한 반응 최적화 필요.