科学家模仿小蟋蟀开发智能型MEMS传感器
2016-10-26 23:02:42   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

越来越多研究人员通过仿生方式寻求创新，模仿大自然的生存模式与策略，为人类面临的挑战找到可持续性解决方案……

总部位于法国Grenoble的研究机构CEA-Leti之研发焦点在纳米科技与相关应用，他们深信，在一个“高度连网世界（hyper-connected world）”，技术突破需要一种全新的研发方法。

Leti科学总监Barbara de Salvo最近接受EE Times专访时表示：“我们正在针对创新寻求一个不同的技术轴心；”该机构的研究人员目前找到的新轴心，就是从大自然中学习。de Salvo举例指出，联网设备的关键技术功能区块，包括感测、通讯、运算、能量采集与安全性，都需要具备三种属性：不牺牲性能而达到的省电效益、简易性以及内建的可信任性。

因为面临能源短缺的风险，现在的研究人员越来越偏向以仿生方式寻求创新，这能让他们通过模仿大自然的生存模式与策略，为人类面临的挑战找到可持续性解决方案。如de Salvo所言，这全都是：“向研发了40亿年的大自然学习；”而她认为，仿生方案能提供研究人员“颠覆性的想法”。

师法自然在工程领域并不是新概念，很多研究人员已经在进行由人脑结构启发的神经元与突触开发，也就是神经型态运算，或称为神经型态工程；神经型态运算研究是厘清如何以个别神经元、电路、应用以及整个架构的形态，来创造理想的运算方案。

在硬件层级实现的神经型态运算案例，包括氧化物为基础的忆阻器、临界值开关以及晶体管。

在局部处理数据

而Leti的仿生技术研究与以往更着重于模仿人脑之神经形态工程部太相同，de Salvo表示：“我们是参照一个完整系统，例如整只昆虫的身体；”她解释：“那是一个具备不可思议的传感器、且拥有合成信息功能的完整智能系统。”

该研究机构的研究合作伙伴是法国图尔大学生态学教授、法国大学研究院成员Jerome Casas；Casas是全球生物启发技术领域的知名专家，Leti计划将生物启发工程研究与Casas率领的生物学家、数学家、工程师组成的团队整合。

de Salvo认为，今日的MEMS传感器性能还无法媲美大自然，还有很大的学习空间；她指出，Leti特别有兴趣的题目，是透过学习昆虫的能力来开发新技术。在众多聚焦于迷你化生物启发感测系统的研究项目中，de Salvo指出，与神经形态电路相关的研究即是由昆虫以及牠们在局部收集、处理数据的能力所启发。

预期高度连结性将在物联网中扮演关键角色，de Salvo表示，Leti的研究人员特别好奇昆虫如何能在局部处理数据，例如蟋蟀脚上的触须：“那些触须不只能感测，实际上也具备数据处理以及产生智能的能力，就像是扮演昆虫的局部大脑。”

Casas在他的个人网页上写道：“仿生是另一种探索生命多样性的方法，而且可能为我们带来有益的回馈；当我们比较蟋蟀触须以及最新MEMS传感器技术的能力，我们发现蟋蟀触须的性能还是高出好几倍，主要是因为其无与伦比的讯号处理能力。”

他并接着解释“蟋蟀与蟑螂的逃脱系统”，他的研究显示，这些昆虫：“在位于腹部尾端的小脑处理信息，能达到比人类大脑更快的处理速度。”

此外de Salvo也指出，昆虫们控制能量消耗以支撑长途飞行的能力也很迷人；如Casas所言：“翅膀或腹板移动方式的微小变化，就会对散发的涡流以及能量消耗的数个方面产生巨大影响；工程师因此渴望从昆虫实际上是如何拍翅膀来学习。”他表示他的团队最近已经与物理学家与工程师合作研究这个议题。

Leti相信他们是法国第一个深入探索大自然的研究机构：“通过找到对的人，我们正在进行生物启发、生物整合的研究项目；”她强调：“我们真的认为我们需要改变科技研发的方法。”