Navigoi ja paikallista kuin pöllö

Halkaistun portin transistori jäljittelee neurobiologista algoritmia, joka jäljittelee äänilähteen paikallistamista latopöllöillä. KUVA: JENNIFER MCCANN & SARBASHIS DAS, PENN STATE

(22.8.2019) Penn State yliopiston insinöörien mukaan tapa, jolla pimeässä saalistavat latopöllön aivot käyttävät ääntä saaliin löytämiseen, voi olla mallina elektronisille suuntaaville navigointilaitteille.

Tutkijat ottivat mallia eläinten biologisesta kuulojärjestelmästä, jotka voivat rekisteröidä ja analysoida niitä pieniä eroja äänen saapumisajassa korviin ja sitten paikantaa äänilähde.

"Latopöllöt selvittävät suunnan, mistä ääni tulee yhdestä kahteen asteen tarkkuudella", kertoo tutkimuksia vetänyt Saptarshi Das.

Kyky käyttää ääntä paikannukseen riippuu korvien välisestä etäisyydestä. Latopöllöillä tämä etäisyys on melko pieni, mutta aivojen piirit ovat mukautuneet tähän ja pystyvät erottelemaan tämän pienen eron.

Objektien paikantaminen äänen perusteella ei ole kovin helppoa. Äänen nopeus on nopeampaa kuin pöllön hermot pystyvät toimimaan. Kun pöllön aivot ovat muuntaneet äänen sähköiseksi pulssiksi se hidastuu. Sitten aivojen piirit käyttävät eripituisten hermojen hilaa, kaksine sisääntuloineen sen määrittämiseksi, mikä on se kohta missä kaksi signaalia osuvat yhteen.

Saptarshi Das ja hänen tiiminsä ovat luoneet elektronisen piirin, joka voi hidastaa tulosignaaleja ja määrittää osumapisteen jäljittelemällä pöllön aivojen toimintaa.

Ryhmä loi sarjan jaetun portin molybdeenisulfidisia transistoreita jäljittelemään pöllön aivojen osumahermoverkkoa. Jaettujen porttien transistorit tuottavat lähtöä vain silloin, kun portin molemmat puolet vastaavat toisiaan, joten vain tietylle pituudelle viritetty portti rekisteröi äänen. Biomimeettinen piiri käyttää myös aikaviivemekanismia signaalin hidastamiseen.

"Miljoonien vuosien evoluutio eläinmaailmassa on taannut, että vain tehokkaimmat materiaalit ja rakenteet ovat säilyneet", toteaa Das. "Itse asiassa luonto on tehnyt suurimman osan työstä meidän puolestamme. Nyt meidän on vain mukautettava nämä neurobiologiset arkkitehtuurit puolijohdelaitteillemme."

"On useita eläimiä, joilla on erinomainen sensorointikyky näön, kuulon ja haistamisen suhteen", toteaa Saptarshi Das. "Ihmiset eivät ole parhaita tässä suhteessa."

Ryhmä etsii nyt muita eläimiä ja muita aistinratkaisuja tulevia tutkimuksia varten. Vaikka neuromorfisen tietojenkäsittelyn alan nykyinen tutkimus keskittyy ihmisen aivojen kapasiteetin jäljittelemiseen, tämä työ valaisee vaihtoehtoista lähestymistapaa matkimalla eläinkunnan superantureita. Saptarshi Das pitää tätä paradigmanmuutoksena tällä alalla.

Aiheesta aiemmin: Suunnan tunnistava valopikseli


Aiemmat uutiset

Uusia puolijohteita tehoelektroniikkaan (21.08.2019)
Taiteilijan näkemys professori Xiuling Li:n uusimman MacEtch-projektin tuottamista eväryhmärakenteista beeta-galliumoksidi puolijohdealustassa. Illinoisin yliopiston..

Biohajoavia mikroresonaattoreita (20.08.2019)
EPFL:n tutkijoiden kehittämä biohajoava resonanssipiiri lämpenee ulkoisen vaihtelevan sähkömagneettiselle kentän vaikutuksesta ja sopivalla järjestelyllä se vapauttaa tarkoituksenmukaisia..

Uutta tekniikkaa aurinkosähkölle (19.08.2019)
Mengxia Liu kuvaa tutkimusraportissaan menetelmää yhdistää kahta lupaavaa aurinkoteknologiaa niiden vakauden parantamiseksi Toronton yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet..