哆啦A梦有耳朵这件事,可能很多人已经知道了。不过,哆啦A梦的耳朵没了之后,它是如何听到大雄说话的,这个问题一直让人好奇。
最近,特拉维夫大学的研究人员找到了一个合理的解释。他们认为,哆啦A梦可能安装了一个生物耳朵。这种生物耳朵能够使机器人对声音做出反应,比如拍两下,机器人就会前进;拍一下则会后退。这些研究成果已经被发表在《传感器》杂志上。
研究人员选择了蝗虫作为生物耳朵的来源。他们表示,昆虫经过数亿年的进化,已经发展出小巧、轻便且灵敏的传感器。这些传感器不仅能在极端环境下工作,还具有低能耗的特点,这使得它们在技术应用中极具吸引力。
研究人员首先用二氧化碳麻醉了一只年轻的成年沙漠蝗虫,然后将它的耳朵与听觉神经分离。接着,他们将耳朵和神经放置在一个允许空气和声音通过的水生环境中,再连接到定制的抽吸电极上,从而创建了一个微流控芯片。这个芯片替代了机器人原有的听觉系统,能够对声音做出响应,被称为“Ear-bot”。
当研究人员拍手时,蝗虫的耳朵识别出声音并将其转化为电信号,然后传递给电生理测量系统(EMS)以及控制器和信号处理系统(CSPS)。该系统根据拍手次数来控制机器人的运动。Ear-bot能够区分由电机引起的机械噪音和人为噪音,而且对各种频率的声音都很敏感。
在实验过程中,研究人员对蝗虫的耳朵进行了隔离处理,以保持其完整性和功能。微流控芯片设计得满足了维持神经和耳朵水生环境的要求,同时也允许接触空气和声压。Ear-bot配备了定制的抽吸电极,确保了与神经的持续稳定连接,从而能够在芯片中长期记录耳朵的电生理活动。
此外,Ear-bot能够对不同声源的频率、距离和方向做出反应。研究人员通过一个定制系统对Ear-bot的响应进行了表征,该系统使声源在耳片周围径向移动,并改变与Ear-bot的距离。结果显示,Ear-bot对不同方向的声音响应没有显著变化,对5到35厘米距离的声音响应也没有差异。这表明Ear-bot可以对来自不同方向和距离的声音做出一致的反应。
将生物系统与机器人结合,具有许多潜在优势,尤其是在能耗方面。例如,笔记本电脑每小时消耗约100瓦特,而人脑每天仅消耗约20瓦特。自然界的生物系统在能耗方面远超人类的技术,这为我们提供了很多学习的机会。
研究团队希望Ear-bot只是个开始,未来可以有更多的生物系统被整合到机器人中,以推动生物机器人领域的进一步发展。例如,某些动物具有探测爆炸物或疾病的特殊能力,搭载生物鼻子的机器人可以识别罪犯或疾病,还有些动物能感知地震等现象。这些都为未来的机器人技术提供了无限可能。