Сипухи могут быть ключом к навигации и местоположению

«Мы уже изучали этот тип схем, когда наткнулись на модель локализации звука Джеффресса», – сказал Саптарши Дас, доцент кафедры инженерных наук и механики.
Модель Джеффресса, разработанная Ллойдом Джеффрессом в 1948 году, объясняет, как биологические слуховые системы могут регистрировать и анализировать небольшие различия во времени поступления звука в уши, а затем определять местонахождение источника звука.
«Совы определяют направление звука с точностью до одного-двух градусов», – сказал Саптарши Дас. "Люди не так точны.

Совы используют эту способность для охоты, особенно потому, что они охотятся ночью, и их зрение не очень хорошее."
Возможность использовать звук для определения местоположения зависит от расстояния между ушами. У сипух это расстояние довольно мало, но схема мозга адаптировалась, чтобы различать эту небольшую разницу. Если сова смотрит на источник звука, то оба уха воспринимают звук одновременно.

Если звук не слышен справа, правое ухо регистрирует звук немного раньше, чем левое ухо.
Однако определить местонахождение объектов по звуку не так-то просто.

Скорость звука выше, чем могут функционировать нервы совы, поэтому после того, как мозг совы преобразует звук в электрический импульс, пульс замедляется. Затем схема мозга использует решетку нервов разной длины с входами с двух концов, чтобы определить, на какой длине два сигнала совпадают или приходят одновременно. Это дает направление.

Саптарши Дас и его команда создали электронную схему, которая может замедлять входные сигналы и определять точку совпадения, имитируя работу мозга сипухи.
Исследователи, в число которых входит Саптарши Дас; Ахил Додда, аспирант кафедры технических наук и механики; и Сарбашис Дас, аспирант кафедры электротехники, отмечают сегодня (1 августа.) в Nature Communications, что «точность биомиметического устройства может превосходить сипу на порядки."
Команда создала серию транзисторов сульфида молибдена с расщепленным затвором, чтобы имитировать совпадение нервной сети в мозгу совы. Транзисторы с разделенным затвором производят выходной сигнал только тогда, когда обе стороны затвора совпадают, поэтому только затвор, настроенный на определенную длину, будет регистрировать звук.

Схема биомиметики также использует механизм задержки времени для замедления сигнала.
Хотя в этой проверенной концепции используются стандартные подложки и типы устройств, исследователи полагают, что использование 2D-материалов для устройств сделает их более точными и более энергоэффективными, поскольку количество транзисторов с разделенным затвором может быть увеличено, обеспечивая больше точное время совпадения. Снижение энергопотребления принесет пользу устройствам, работающим в области с низким энергопотреблением.
«Миллионы лет эволюции животного мира обеспечили сохранение только самых эффективных материалов и конструкций», – сказал Сарбашис Дас. "Фактически, природа сделала за нас большую часть работы.

Все, что нам нужно сделать сейчас, это адаптировать эти нейробиологические архитектуры для наших полупроводниковых устройств."
«В то время как мы пытаемся создавать энергоэффективные устройства, вычисления на млекопитающих, поддерживаемые естественным отбором, потребовали чрезвычайной энергоэффективности, которую мы пытаемся имитировать в наших устройствах», – сказал Додда.

Однако наличие только направления не обеспечит местоположение источника звука. Чтобы действительно перемещаться или определять местонахождение, устройству также необходимо знать высоту источника звука. Саптарши Дас отметил, что высота – это свойство интенсивности звука, и исследователи работают над этим аспектом проблемы.

«Есть несколько животных, у которых есть превосходная сенсорная обработка зрения, слуха и обоняния», – сказал Саптарши Дас. "Люди не лучшие в этом."
В настоящее время команда изучает других животных и другие сенсорные схемы для будущих исследований. В то время как существующие исследования в области нейроморфных вычислений сосредоточены на имитации интеллектуальных способностей человеческого мозга, эта работа проливает свет на альтернативный подход, копируя суперсенсоры животного мира. Саптарши Дас считает это сменой парадигмы в этой области.

Управление научных исследований ВВС поддержало эту работу. Исследователи подали заявку на предварительный патент на эту работу.

3 комментария к “Сипухи могут быть ключом к навигации и местоположению”

  1. Премного признателен, что просветили, и, наиболее важное, как раз в положенный срок. Поварить котелком всего лишь, полдюжины лет уже в глобальной сети интернет, но про это конечно первый раз чую.

Оставьте комментарий