자연 모방 센서로 자율 기계 비전 향상: 안전한 내비게이션 실현

자연의 감각 시스템에서 영감받은 센서 개발

더 나은 감지 능력은 드론이 위험한 환경에서 항법하고 자동차가 인간 실수로 인한 사고를 예방하는 것을 가능하게 할 것입니다. 현재 최첨단 센서 기술은 데이터를 충분히 빠르게 처리하지 못하지만, 자연은 할 수 있습니다.

연구자들은 거미, 박쥐, 새 및 기타 동물들로부터 영감을 받아 센서를 구축했습니다. 이들의 실제 감각은 기계수용체라고 불리는 특수 뉴런과 연결된 신경 말단입니다. 신경 말단(기계수용기)은 털, 섬모, 깃털 형태를 띱니다. 많은 생물학적 기계수용기는 압력이나 온도 변화와 같은 임계값에 따라 환경에서 받는 정보(데이터)를 필터링합니다.

거미 다리 기계수용체의 작동 원리

예를 들어 거미의 털 기계수용기는 다리에 위치합니다. 거미줄이 먹이나 짝과 관련된 주파수로 진동하면 기계수용기가 이를 감지하여 거미가 매우 빠르게 반응하는 반사를 생성합니다. 기계수용기는 먼지가 거미줄에 앉는 것과 같은 낮은 주파수는 감지하지 않는데, 거미의 생존에 중요하지 않기 때문입니다.

자율 기계 외피에 통합되는 인공 기계수용기

이 아이디어는 비행기 날개나 자동차 차체 같은 자율 기계의 외피에 유사한 센서를 직접 통합하는 것입니다. 기계수용기는 자율 기계가 피해야 할 특정 물체와 연관된 미리 정해진 힘을 감지하도록 맞춤화될 수 있습니다.

초고속 감지·필터링·계산과 무전원 동작

아주 빠른 속도로 감지하고 필터링하는 것 외에도, 이 센서들은 전원 공급 없이도 계산합니다. 자연에서 특정 수준의 힘이 털 기계수용기와 관련된 기계수용체를 활성화하면, 기계수용체는 한 상태에서 다른 상태로 전환하여 정보를 계산합니다. 새로운 센서들도 똑같이 하며 이러한 온/오프 상태를 사용하여 신호를 해석합니다. 지능형 기계는 센서가 계산한 내용에 따라 반응합니다.

강성 재료의 형태 변화로 신호 생성

인공 기계수용기는 강성이기 때문에 감지, 필터링, 계산을 매우 빠르게 수행할 수 있습니다. 센서 재료는 외부 힘에 의해 활성화되면 급격히 모양을 바꾸도록 설계되었습니다. 모양이 변하면 재료 내 전도성 입자들이 서로 더 가까워져 전기가 센서를 통해 흐르게 되어 신호를 전달합니다. 이 신호는 자율 시스템이 어떻게 반응해야 하는지 알려줍니다.

머신러닝으로 자율 동작 및 저전력 구현

머신러닝 알고리즘을 사용하여 센서들은 최소 에너지 소비로 자율적으로 기능하도록 훈련될 수 있습니다. 또한 다양한 크기로 센서를 제조하는 데 장벽이 없을 것입니다.