Als drones en zelfrijdende auto's scherpere en selectieve 'zintuigen' zouden hebben, dan zouden ze veel beter in staat zijn om objecten waar te nemen en te omzeilen. Amerikaans onderzoek moet dergelijke kunstmatige zintuigen een stap dichterbij brengen. 

Dieren zijn goed in staat zich een beeld van hun omgeving te scheppen. Dat komt doordat doordat ze binnenkomende informatie goed filteren: ze verwerken alleen die data waarvan ze weten dat die relevant is. 


Zintuigen van spinnen

Bij zelfrijdende auto's of drones blijkt het een stuk lastiger om een goed beeld van de omgeving te krijgen. De sensoren die zij aan boord hebben krijgen zoveel informatie te verwerken, dat die met de huidige technologie niet snel genoeg kan worden verwerkt. Dat leidt tot ongelukken. 

Werktuigbouwkundigen van Purdue University in de Amerikaanse staat Indiana hebben nu sensoren gebouwd die zijn geïnspireerd op de zintuigen van onder meer spinnen, vleermuizen en vogels. De zenuweinden bij die soorten zijn verbonden aan speciale neuronen (zenuwcellen), mechanoreceptoren genaamd.


Specifieke frequentie

Die mechanoreceptoren verwerken zintuiglijke informatie die binnenkomt via (tril)haren of in het geval van vogels via de veren. Het gaat daarbij alleen om de informatie die van belang is voor het overleven van het dier: de rest wordt niet eens opgevangen en hoeft dus ook niet te worden verwerkt.

Zo hebben spinnen harige mechanoreceptoren op de poten. Begint hun web te trillen in een specifieke frequentie die past bij een vastzittende prooi, dan zenden die een signaal en komt de spin in actie. Is de trilfrequentie lager, doordat er bijvoorbeeld slechts een stofje is komen vast te zitten, dan doen de receptoren niets.
 

Amerikaanse onderzoekers hebben sensoren ontwikkeld die als zintuigen moeten fungeren voor autonome machines. De sensoren veranderen van vorm wanneer ze met een bepaalde externe kracht worden geconfronteerd. Dat verandert hun geleidende eigenschappen. Foto: ETH Zürich images / Hortense Le Ferrand



 

Extreem veel data

'Dieren hoeven niet alle informatie die ze binnenkrijgen te verzamelen', zegt onderzoeksleider Andres Arrieta in een persbericht. 'Ze filteren eruit wat ze nodig hebben.' Intelligente systemen zouden hetzelfde moeten doen, stelt Arrieta. 'Er is al extreem veel data die intelligente systemen kunnen verzamelen en die hoeveelheid groeit bovendien sneller dan conventionele systemen kunnen verwerken.' 

In een recente publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Nano laten de onderzoekers zien dat het ze is gelukt om mechanoreceptoren te maken die in de vleugels van een vliegtuig of de carrosserie van een auto kunnen worden verwerkt. De sensoren kunnen worden zo worden geprogrammeerd dat ze alleen bij specifieke signalen worden getriggerd. 

 


Passende reactie

De kunstmatige sensoren fungeren niet alleen als zintuig, maar interpreteren de informatie ook meteen. 'Ook in de natuur is er geen onderscheid tussen software en hardware', zegt Arrieta. Ze zijn daartoe in staat doordat ze zijn gemaakt van stijf materiaal, zegt Arrieta. Onder invloed van externe krachten – of voorgeprogrammeerde impulsen – veranderen ze eenvoudig van vorm.

Door die verandering van vorm komen de geleidende deeltjes in de sensor dichter bij elkaar komen te liggen, waardoor elektrische stroompjes het signaal van het kunstmatige zintuig kunnen doorgeven volgens een aan/uitsysteem. Op basis van dat signaal komt het autonome besturingssysteem met een passende reactie.

'Met de hulp van zelflerende algoritmes kunnen we deze sensoren trainen om autonoom te functioneren met een minimum aan energieverbruik', stelt Arrieta.

Illustratie: Taylor Callery