给机器人装上蝗虫耳朵,以色列迷信家完成生物传感器新打破
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  • 机器人库
  • 2021-03-15 17:26:32 1

作为哆啦A梦的粉丝,某天我在知乎上看到了关于哆啦A梦为何没有耳朵的问题,出于好奇便立即点击进去查看答案。

许多网友表示,哆啦A梦原本是一只黄色的猫形机器人,在睡觉时被一只机器老鼠咬掉了耳朵,还被妹妹哆啦美嘲笑。伤心的哆啦A梦因此变得沮丧,但尽管失去了耳朵,他依然能够清晰地听到外界的声音。知乎上的一位答主锦曦日解释道,哆啦A梦实际上是一个披着柔软外套的金属机器人,所以他的耳朵更像是装饰品,而非真正用来听声音的部位。

那么,现实中的机器人耳朵又是什么样的呢?

在第四十届国际顶级语音信号处理会议ICASSP2015上,一篇名为《机器人听觉:兴起与展望》的论文指出,机器人利用“耳朵”来处理多个声音的能力是改善人机交互的重要因素。机器人听觉主要分为三个功能:声源定位、声源分离和分离后的声音识别。关键在于对噪声环境的实时处理能力和对各类机器人及硬件配置的高度灵敏度。

简单来说,为了让机器人“听见”,需要使用麦克风阵列将声音信号转化为电信号,再通过处理这些电信号来获取其中的信息。然而,实现这样的机器人听觉并非易事。它需要传感、机械和控制等多个领域的协同工作,涉及到多种学科的知识。

既然模仿生物耳朵存在难度,那么直接将生物耳朵与机器人结合是否可行呢?

这个问题源于以色列特拉维夫大学的一个研究团队。他们研发了一种名为“Ear-Bot”的生物混合机器人平台,即“蝗虫耳朵芯片生物混合平台”。这项研究选择了蝗虫作为实验对象,因为经过数亿年的进化,昆虫已经获得了自然界中最高效的感知器官。这些感知器官体积小、重量轻、功耗低,并且适用于多变的环境,特别是在听觉方面,昆虫的听觉传感器经过多次进化,可以进行场景分析和交流,具备高度的多样性。

研究团队表示,目前尚未有研究证明生物混合机器人平台可以通过生物传感器对声音做出反应。但在机器人平台上加入生物传感器有两个优势:一是可以将机器人的行为和能力与自然蝗虫耳朵进行比较,二是可以将它们与纯粹的技术设备(如麦克风阵列)进行比较。

研究团队是如何实现这一目标的呢?

他们设计了一个名为“Ear-Bot”的生物混合平台,集成了沙漠蝗虫的听觉系统作为传感输入,并将其与一个移动机器人平台连接在一起。具体来说,研究团队创造了一种持久的微型感应装置,名为“Ear-Chip”。这个装置不仅可以让蝗虫耳朵长期存活,还可以将其放置在小型移动机器人平台上。

值得一提的是,研究团队使用SolidWorks CAD软件设计了芯片,并通过3D打印生物相容性牙科透明树脂制造出了这个芯片。此外,他们还创建了模块化的组织支持和信号分析自定义算法,同时配备了定制电极,可以测量耳朵的电生理反应并将这些信号传递给机器人。

实验表明,“Ear-Bot”对声音的反应与使用麦克风作为输入设备时的表现相似。研究团队通过拍手测试,发现蝗虫耳朵能够识别声音并将其转化为电信号,然后传递给机器人的电生理测量系统、控制器和信号处理系统。更重要的是,“Ear-Bot”系统可以在嘈杂环境中区分不同的声音,显示出其对各种频率的敏感度。实验结果显示,其最佳响应频率在3.5kHz左右,对不同方向和距离的声音反应一致。

对此,研究团队的成员之一Ben M. Maoz博士表示:“我们应该更加深入地探索和应用自然界的现象和规律。这一原理还可以应用于其他感官领域,比如嗅觉、视觉和触觉。例如,某些动物在发现爆炸物和毒品方面表现出色,或许我们可以创造出具有生物鼻子的机器人。”

无疑,自然界常常比科学研究更早一步提供灵感,等待科学家们从中汲取更多前沿科技的灵感。

    本文来源:图灵汇
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