借用外带杯盖的形状无人机机翼可以学习如何更快地感知危险

您按在汽水的外带杯盖上的奇怪而令人满意的小圆顶有一天可能会使有翼无人机免于急转直下。无人机机翼上的这些可翻转圆顶的图案可以让它在几微秒内记住危险条件的感觉并迅速做出反应。这项由普渡大学和田纳西大学诺克斯维尔分校的研究人员进行的研究是首次展示超材料，该材料利用其形状来学习如何自行适应周围环境。该论文发表在《高级智能系统》杂志上。

与人类和其他生物不同，自动驾驶汽车缺乏过滤掉他们不需要的信息的方法，这会减慢他们对环境变化的响应时间。

“这个问题叫做‘数据淹没’。无人机无法充分发挥其飞行能力，因为它们的传感器要处理的数据太多，这会妨碍它们在某些情况下安全飞行，”普渡大学机械工程副教授安德烈斯·阿列塔(AndresArrieta)说工程。

可以感知周围环境的圆顶覆盖表面将是朝着使无人机机翼仅感知最必要的感官信息迈出的一步。因为翻转圆顶只需要一定的最小力，低于此阈值的力会被自动过滤掉。

例如，在机翼的某些部分上下弹出的特定圆顶组合可以向无人机的控制系统表明机翼正在经历危险的压力模式。Arrieta说，其他圆顶图案可能表示危险的温度或物体正在接近。

无人机机翼上的圆顶阵列可以帮助它仅在必要时从周围环境中检测信息。学分：普渡大学/贾里德派克

通过感觉赋予无人机联想记忆

一个可翻转的圆顶可以在危险条件下为无人机机翼提供记忆线索，这似乎很奇怪，但人类和动物也使用不相关的概念来识别关系。这种学习策略称为联想记忆。例如，当您忘记了一个地方的名称时，您可能会使用诸如建筑物颜色之类的细节来记住它。调用内存的部分版本可以让您构建该内存的更完整版本。

Arrieta的实验室研究工程材料的形状如何帮助其计算和处理信息。他的实验室经常从蜘蛛和其他动物如何利用它们的解剖形状来感知和理解周围的世界中获得灵感。

几十年来，电子产品被设计成通过将黑色或白色像素模式中的信息编码为零或一来保存和检索图像。因为圆顶只能采用两种状态——弹出或弹出——这些状态可以像0和1一样创建用于构建联想记忆的空间模式。

Arrieta和他的团队在研究中表明，当一定程度的力使圆顶倒置时，嵌入圆顶周围超材料片的平坦部分的传感器会检测到形状的变化。然后，一个电信号会触发一个称为忆阻器的存储设备，以记录力以及在纸张上检测到力的位置。对于倒圆顶的每个实例，超材料学会记住一定程度的力在其表面上产生的模式。

在实践中，无人机机翼能够快速回忆起与危险情况相关的模式，因为超材料将其所有“部分记忆”从倒置圆顶模式中记录下来，作为这些模式共同创造的单一“完整记忆”。基于这项研究，研究人员认为，超材料不需要“缓冲”来回忆它随着时间的推移存储在自身内部的信息。

Arrieta说，由于可以使用现有方法制造超材料，这些圆顶可以很容易地覆盖像无人机机翼一样的大表面积。接下来，研究人员将根据从圆顶中学到的信息，测试材料对周围环境的反应。Arrieta预计，在未来三到五年内，将有可能使用这种材料设计制造无人机机翼。

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