Kan flagermus hjælpe os med at designe en bedre førerløs bil?

Frugtflagermus er ikke de første ord, der kommer til at tænke på, når du tænker på førerløse biler. Men i deres natlige strejftog efter frugt og nektar løser de rutinemæssigt mange af de tekniske udfordringer, der har stoppet bestræbelserne på at udvikle sikre, pålidelige og effektive autonome køretøjer.

Flagermusens navigationssystem er designet af verdens førende ingeniør:evolution. Michael Yartsev, adjunkt i bioteknik og neurovidenskab, studerer mønstrene for ledninger og affyring i flagermusens hjerner, som naturen har udtænkt for at få dem herfra til der i buldmørket. Og uden at flyve ind i forhindringer eller hinanden.

Bakar Fellows-programmet støtter en ny indsats i hans laboratorium for at oversætte flagermusenes neurologiske "færdselsregler" til beregningsalgoritmer, der skal guide udviklingen af ​​navigationssystemer til førerløse biler.

Dr. Yartsev beskriver de neurobiologiske principper, hans laboratorium har afdækket, og hvordan indsigterne kan give en køreplan for fremtiden.

Sp. Hvordan besluttede du dig for at fokusere på flagermus-ekkolokalisering som en model for konstruktion af autonome køretøjer?

A. Jeg begyndte at arbejde med frugtflagermus til min ph.d. i Israel. Jeg var interesseret i det neurale grundlag for rumlig repræsentation og navigation, og ekkolokalisering af flagermus er et vidunderligt system til at udforske dette.

De kan registrere objekter med en meget fin opløsning, mens de flyver med hastigheder på op til 100 miles i timen. De har udviklet overlegne evner til præcis sansning, perception og bevægelse – ikke kun som individer, men også som en del af en gruppe.

Sp. Hvordan førte denne grundlæggende neurovidenskabelige forskning dig til førerløse biler?

A. For et par år siden begyndte jeg at lære om den autonome køretøjsindustri, og jeg indså, at der er meget, vi potentielt kunne bidrage med. Men det blev først virkelig praktisk med støtte fra mit Bakar Fellowship.

Sp. Er disse flagermus virkelig blinde, som man siger?

A. Nej, hele sætningen "blind som en flagermus" er forkert. Vores flagermus - egyptiske frugtflagermus - har også et højt udviklet visuelt system. De er ret fantastiske til både ekkolokalisering og synsstyrke. De bruger ekkolokalisering til at navigere om natten.

Sp. Hvordan går du om at studere flagermus i mørket?

A. Vi har designet fuldautomatiske flyverum, hvor flagermus kan flyve frit. Vi studerer deres ekkolodsmønstre ved hjælp af ultralydsmikrofoner. Vi registrerer deres egne transmissioner - deres ekkolokaliserende klik. Hele systemet er trådløst.

Sp. At komme fra punkt A til punkt B er kun halvdelen af ​​udfordringen for autonome biler, ikke?

A. Ja, det er rigtigt. Autonome køretøjer skal navigere med præcision, men også reagere på trafikforhold – på andre førerløse bilers nærhed, hastighed og retning. Det er det, vi kalder kollektiv adfærd. Den nuværende teknologi har ikke fundet ud af, hvordan man løser problemet med kommunikation mellem køretøjer. Bilerne behandles som individer, der navigerer i deres omgivelser.

For at studere denne mere komplekse evne kan vi få flagermus til at flyve sammen og navigere til deres mål.

Sp. Hvad har du lært om ledningerne i deres hjerner, der gør dem i stand til kollektivt at flyve blinde?

A. Den seneste indsats, som vores laboratorium har været involveret i, formåede at kortlægge store dele af flagermushjernens cortex. Vi har været i stand til at identificere den præcise placering af neuronsignalerings- og perceptionscentrene for ekkolokalisering. Ved hjælp af trådløse neurofysiologiske systemer kan vi registrere de neurale signaler fra disse områder.

Ydermere, da vi begyndte at se på den neurologiske adfærd hos flagermus, der interagerer som grupper, blev vi overraskede over at finde ud af, at de har et interessant niveau af inter-hjernesynkronitet. Der er et særligt frekvensområde i hjerneaktiviteten, hvor denne synkronisering bliver mest udtalt.

Dette giver formentlig den optimale balance mellem signalstyrke og hastighed til at navigere og kommunikere næsten fejlfrit. Det samme problem skal løses, når mange selvkørende køretøjer er på vejen. De skal effektivt kommunikere information til hinanden, og vi ved i øjeblikket ikke, hvad der er den mest optimale måde at gøre det på. Evolution kan kaste et vigtigt lys over dette.

Sp. Hvordan kunne denne opdagelse informere udviklingen af ​​autonome køretøjer?

A. Det kan guide os til at identificere den bedste ekkolodsfrekvens samt det optimale frekvensbånd for biler til at kommunikere med hinanden mest effektivt. Til selvkørende biler ønsker man ikke et navigationssystem, der er 95 % nøjagtigt. Du skal bruge 99,99999999%. Du har brug for et Ferrari-niveau af præcision, ikke en budgetbil.

Hvert ciffer over 99 % er beregningsmæssigt dyrt at udvikle. Visuelle sensorer med det præcisionsniveau ville være meget dyre. Men visuel i.d. er også vigtigt. Vi ser de to modaliteter som komplementære.

Sp. Hvordan har den autonome køretøjsindustri reageret på dit arbejde?

A. Jeg har aldrig arbejdet en dag af mit liv i industrien. Bakar Fellows-programmet giver mig mulighed for at gå frem og tilbage med udviklerne af autonome køretøjer. Det kan fokusere vores forskning, så vi virkelig kan yde et bidrag. Uden den feedback ville vi på en måde snurre vores hjul.