Thiết kế thiết bị ngăn ngừa tai nạn giao thông nhờ học hỏi côn trùng
Tuy chỉ có khoảng 25% xe đi lại khi trời tối, thế nhưng gần một nửa các vụ tai nạn gây tử vong xảy ra vào ban đêm. Khi các phương tiện được cải tiến hơn và thậm chí có thể tự lái, chúng ta cũng cần phát triển những cách phát hiện và tránh được những vụ va chạm này. Các hệ thống hiện nay thường rất phức tạp, đòi hỏi nhiều tài nguyên và hoạt động không hiệu quả trong bóng tối.
Mới đây, trên tạp chí ACS Nano, các nhà nghiên cứu đã giới thiệu bản thiết kế một thiết bị phát hiện va chạm đơn giản, tiết kiệm năng lượng, lấy cảm hứng từ cách các con côn trùng tránh va phải nhau 1.
Trên các xe ô tô hiện nay đã được cài sẵn nhiều hệ thống tránh va chạm, chúng có thể tự động phanh xe lại khi một vật thể tiến lại quá gần. Một số hệ thống hoạt động bằng cách phân tích hình ảnh không gian ở quanh xe, nhưng trong những hoàn cảnh như mưa nặng hạt hay ánh sáng yếu, hình ảnh sẽ không rõ ràng. Để giải quyết điều này, các kỹ sư đã lắp đặt bộ xử lý tín hiệu phức tạp để phân tích những chi tiết vẫn nhìn thấy được. Một phương pháp khác là kết hợp cảm biến radar hay LiDAR (phát hiện ánh sáng và cự ly), nhưng các thiết bị này rất khó thu nhỏ lại và cần nhiều năng lượng. Cuối cùng, các công cụ này có thể sẽ tăng thêm trọng lượng không cần thiết, đòi hỏi nhiều năng lượng cùng những rắc rối khác, tuy rằng chúng khiến cho xe cộ an toàn hơn.
Nhưng những con côn trùng, bao gồm con châu chấu và ruồi, có thể dễ dàng tránh va vào nhau mà không dựa vào những phần mềm đắt tiền hay LiDAR, ngay cả lúc ban đêm. Thay vào đó, chúng có một số mạch thần kinh giúp né tránh vật cản, hiệu quả cực kỳ cao và có thể truyền cảm hứng cho các nhà khoa học tạo ra hệ thống tránh va chạm thế hệ tiếp theo. Vì thế, Saptarshi Das và các đồng nghiệp muốn tạo ra một thiết bị phát hiện va chạm lấy cảm hứng từ côn trùng, phù hợp để phát hiện phương tiện hiệu quả, an toàn và tiêu thụ ít năng lượng hơn các tiền thân của nó.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu thiết kế một thuật toán dựa trên hệ mạch thần kinh mà các con côn trùng dùng để tránh vật cản. Thay vì xử lý một hình ảnh hoàn chỉnh, họ chỉ xử lý một biến số: cường độ của đèn pha xe ô tô. Chẳng cần camera tích hợp hay cảm biến hình ảnh, họ kết hợp các bộ phận phát hiện và xử lý lại, khiến tổng thể thiết bị này có kích cỡ nhỏ hơn và tốn ít năng lượng hơn.
Được cấu thành từ một lớp molybdenum disulfide (MoS2) và gồm tám “memtransistor” nhạy cảm với ánh sáng, cảm biến được xếp vào mạch điện. Nó chỉ chiếm 40 µm2 và sử dụng vài trăm picojoule năng lượng — ít hơn hàng chục nghìn lần so với các hệ thống hiện có.
Cuối cùng, trong các tình huống thực tế vào ban đêm, thiết bị phát hiện có thể cảm nhận khả năng hai xe đâm vào nhau trước khi sự việc xảy ra từ hai tới ba giây, khiến người lái xe có đủ thời gian để né tránh. Các nhà nghiên cứu cho biết thiết bị phát hiện tân tiến này có thể giúp các thiết bị tránh va chạm hiện nay trở nên tốt hơn và an toàn hơn.
Ngọc Chi dịch
Nguồn: https://techxplore.com/news/2023-01-vehicle-insects.html
https://news.abplive.com/science/a-detector-to-prevent-car-accidents-inspired-by-insects-study-1577351
……………………………………………
1.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07877
