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向大自然借灵感,将蜘蛛式传感器集成到自动机器的外部

大数据文摘 2019-06-13 09:58 次阅读

众所周知,蜘蛛侠拥有蜘蛛般敏锐的感官,它帮助超级英雄提前感知危险并迅速做出反应。

现在,无需放射性蜘蛛的叮咬,无人机自动驾驶汽车也可以拥有超级英雄的感知能力。

在ACS Nano发表的一篇论文中,来自普渡大学,新加坡南洋理工大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员提议将蜘蛛式传感器集成到自动机器的外部。也就是说,汽车,飞机和无人机即将拥有蜘蛛般的感官。

向大自然借灵感

蜘蛛侠的能力并非凭空虚构,蜘蛛的腿上的确有微小的敏感毛发,可以帮助它们避开掠食者或猎食猎物。研究人员正是受到蜘蛛、蝙蝠、鸟类和其他动物的启发,建造了传感器。

生物接受信息的路径是:神经末梢——机械传感器——检测和处理动物生存所必需的信息。这些传感器以头发、纤毛或羽毛的形式出现。而这些动物真正关键的传感器,是与称之为“机械感受器”的特殊神经元相连的神经末梢。

但是根据发表在ACS Nano杂志上的研究,目前最先进的传感器技术处理数据的速度也还不够快,远远赶不上自然界的速度。

普渡大学(Purdue University)助理教授Andres Arrieta表示,“智能系统能够收集的数据已经出现爆炸式增长,而且这一速度的增长速度超过了传统计算能够处理的数据。”

大自然是怎么做到速度这么快的?

因为大自然并不需要收集每一条数据,它会过滤掉不需要的数据。

正如研究人员所解释的那样,自然界能够如此快速地处理数据的一个原因是许多生物机械传感器根据阈值(例如压力或温度的变化)来过滤数据——也就是它们不会处理所有数据,只留下生存所必需的信息。

例如,当猎物落在蜘蛛网上时,蜘蛛腿上的毛发以特定频率振动并刺激机械传感器。但是当灰尘落在卷筒纸上时,机械传感器不会对振动的频率做出反应。

研究人员正致力于开发能够以类似方式响应的传感器,有选择地处理信息,从而减少数据负荷。

当汽车变身蜘蛛侠

在自然界中,一旦特定水平的力激活了与毛发传感器相关联的机械感受器,这些感受器就会通过从一种状态切换到另一种状态的方式来计算信息。普渡大学的研究人员与新加坡南洋理工大学还有瑞士苏黎世联邦理工学院合作,设计了同样原理的传感器,并利用这些开/关状态来解释信号。

这些传感器在预定的力水平提示时会改变形状

研究人员证明,受蜘蛛毛发启发而设计的机械传感器可以被定制,用以检测外力。在现实生活中,这些外力主要是指无人机、自动驾驶汽车行驶时候需要避免的障碍物。他们开发的传感器不仅能够以非常快的速度感知和过滤信息,并且可以进行计算,而且无需电源。

“硬件和软件本质上没有区别,它们都是相互关联的。传感器的作用是解释、收集和过滤数据。”Arrieta说。

衔接硬件软件之间的鸿沟之后,智能机器可以及时根据传感器计算的结果做出反应。这些人工机械传感器由于硬度高,能够非常迅速地感知、过滤和计算。传感器材料也经过了特意的选择,在被满足预定阈值的外力激活作用下,能够快速改变形状。形状的改变使得材料内部的导电粒子相互靠近,从而使电流可以通过传感器并携带信号。该信号将通知自主系统应如何响应。这样,传感器不仅可以快速检测和过滤,而且还可以在没有电源的情况下进行计算。

拥有“蜘蛛般感官”有什么用

Purdue大学机械工程助理教授Andres Arrieta表示,植入传感器之后,自动驾驶汽车可以会更好地检测和避开物体,因为他们可以更快地处理感官信息。

更好的传感能力使无人机可以在危险的环境中行驶,有效避免一些由人为错误引起的事故。

这项研究得到了苏黎世联邦理工学院和普渡大学的资助,这是普渡大学在人工智能,算法和自动化方面的进步的重要体现。

自动驾驶汽车必须比普通汽车更安全

自2004年开始推出自动驾驶汽车技术以来,大家对于自动驾驶的前景充满信心。多家公司已经加入这场角逐,包括科技巨头谷歌,优步和特斯拉。同时许多传统汽车制造商,如通用汽车,福特和沃尔沃也旋即加入了竞争。目前全球自动驾驶汽车市场的估值估计为540亿美元,预计未来七年会增长到10倍左右。

一辆自动驾驶汽车

与此同时,我们看到自动驾驶汽车的安全与责任问题也在引起争议。2018年优步自动驾驶车辆撞击并导致了一名路人的死亡。这一事件引起了媒体的哗然,这个事件之后以优步与受害者的家人达成和解协议为结局。

自动驾驶汽车领域的研究人员和工程师正在研究和定义安全性的参数。关于自动驾驶汽车的最大问题之一不是技术问题,而是社会问题:怎样才算是足够安全?也就是说,没有明确的参数来确定安全性是否足够,安全到什么地步可以允许自动驾驶汽车上路。

如今人控驾驶已经是一项非常安全的活动:在美国,大约每行驶1亿英里有一人死亡。所以这样推测,自动驾驶汽车需要做得更好。但要好多少不是一个简单的答案。他们需要10%更安全吗?100%更安全?如果这意味着更多的人在此期间死亡,那么等待自动驾驶汽车达到超高安全标准是否可以接受?

到目前为止,自动驾驶汽车和自动化技术已被证明是非常安全的,同时还在不断进步,但它们并非万无一失。我们必须回答的问题是我们如何定义安全,包括它的意义和我们如何证明它。将我们的生活置于自动汽车手中的想法还是令人害怕,即使它确实更安全。

原文标题:汽车变身蜘蛛侠?当蜘蛛传感器植入自动驾驶汽车外壳

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AFBR-S10TR001Z 650nm模拟光纤收发器,带有紧凑型多功能链路连接器,用于检测POF

Broadcom AFBR-S10TR001Z是一款650nm模拟光纤收发器设备,旨在为系统设计人员提供在1mm塑料光纤(POF)上实现光弧闪光传感器的能力。该器件采用非常紧凑的设计,外形与RJ-45连接器类似。该器件采用紧凑型键控Versatile-Link双工连接器,兼容现有的单工Versatile-Link连接器。 功能 用于系统自测应用的集成LED 带集成PD的接收器和带电压输出的模拟放大器 高EMI稳健性 快速摆率 紧凑型脚印 温度范围:-40°C至+ 85°C 符合RoHS标准 多功能链路连接器系统 应用 弧闪检测...
发表于 07-04 11:17 4次 阅读
AFBR-S10TR001Z 650nm模拟光纤收发器,带有紧凑型多功能链路连接器,用于检测POF

AFBR-POC204L 光功率转换器4VDC,FC端口

AFBR-POC204L属于Broadcom的Power Components产品系列,可将光功率转换为电能,适用于要求在高要求工业环境和应用中实现完全电气隔离的应用。 AFBR-POC204L是电子电路供电的绝佳选择,由于高压,电磁感应或强磁场,电线解决方案无法实现。 AFBR-POC204L是一种多结化合物半导体器件为典型的3 VDC应用提供工作电压。 特性 符合RoHS标准 光纤供电(PoF)组件提供100%电流隔离 在整个工作范围内提供高达600mW的电力 工作温度范围为-40°C至+ 85°C FC端口优化用于有效耦合到MM光纤,具有通常可用的NA 用于热控制的简易散热器安装 应用 光功率转换器可以功率器件,例如: 高压电流传感器和传感器 电场和H场探头 MRI / RF成像线圈和病人监护设备 P电力调节电路 无线发射器 飞机传感器和传感器...
发表于 07-04 11:17 8次 阅读
AFBR-POC204L 光功率转换器4VDC,FC端口

AFBR-POC206L 光功率转换器6VDC,FC端口

AFBR-POC206L属于Broadcom的Power Components产品系列,可将光功率转换为电能,适用于要求在高要求工业环境和应用中实现完全电气隔离的应用。 AFBR-POC206L是电子电路供电的绝佳选择,由于高压,电磁感应或强磁场,电线解决方案无法实现。 AFBR-POC206L是一种多结化合物半导体器件为典型的5 VDC应用提供工作电压。 功能 符合RoHS标准 光纤供电(PoF)组件提供100 %电流隔离 在整个工作范围内提供高达600mW的电力 工作温度范围为-40°C至+ 85°C 通过常用NA优化有效耦合到MM光纤的FC端口 用于热控制的简易散热器安装 应用 光功率转换器可以为设备供电,例如: 高压电流传感器和传感器 电场和H场探头 MRI / RF成像线圈和病人监护设备 电源调节电路 无线发射器 飞机传感器和传感器...
发表于 07-04 11:17 6次 阅读
AFBR-POC206L 光功率转换器6VDC,FC端口

AFBR-S10PS011Z 点传感器用塑料光纤连接器

AFBR-S10PS011Z是一种微型连接器,用于将双工POF电缆连接到点传感器。基于POF的特殊传感器设计允许系统工程师避免电弧闪光区域和检测电子设备之间的任何电流接触。 点传感器由两部分组成:传感器头AFBR-S10PS010Z 和连接器AFBR-S10PS011Z。 AFBR-S10PS010Z和AFBR-S10PS011Z都是Broadcom综合电弧闪光检测产品系列的一部分。结合Broadcom的传感器收发器AFBR-S10TR001Z,它们可用于检测电网中的电弧闪光事件。 特性 光耦合通过塑料光纤连接器插入塑料光纤 支持光链路自监控(心跳信号) 低卤素和符合RoHS标准 UL易燃性UL94HB 良好的耐化学性 工作温度范围– 40°C至85°C 适用于1.0 / 2.2 mm直径的双相塑料光纤(POF) 应用程序 弧闪事件检测 光检测...
发表于 07-04 11:17 2次 阅读
AFBR-S10PS011Z 点传感器用塑料光纤连接器

AFBR-S10RX021Z 具有水平通用链路连接器的模拟接收器,用于检测POF

Broadcom的AFBR-S10RX0x1Z接收器使系统设计人员能够在1 mm塑料光纤(POF)上实现光弧闪光传感器。该接收器采用紧凑型Versatile Link连接器。结合AFBR-15x9Z变送器,可实现具有系统自检功能的电弧闪光传感器系统。该产品无铅且符合RoHS。 特性 接收器由PD和TIA集成在一个IC中 高EMI坚固性 温度补偿输出电压 快速压摆率 压脚印刷 温度范围– 40°C至85° ; C 符合RoHS标准 多功能链路连接器系统 应用 弧闪检测...
发表于 07-04 11:16 2次 阅读
AFBR-S10RX021Z 具有水平通用链路连接器的模拟接收器,用于检测POF

AFBR-POC406L 光功率转换器6VDC,ST端口

AFBR-POC406L属于Broadcom的Power Components产品系列,可将光功率转换为电能,适用于要求在高要求的工业环境和应用中实现完全电气隔离的应用。 AFBR-POC406L是电子电路供电的绝佳选择,由于高压,电磁感应或强磁场,电线解决方案无法实现。 AFBR-POC406L是一种多结化合物半导体器件为典型的5 VDC应用提供工作电压。 功能 符合RoHS标准 光纤供电(PoF)组件提供100 %电流隔离 在整个工作范围内提供高达600mW的电力 工作温度范围为-40°C至+ 85°C ST端口优化用于有效耦合到MM光纤,通常可用NA 易于散热安装,用于热控制 螺纹ST端口,便于面板安装 应用 光功率转换器可以为设备供电,例如: 高压电流传感器和传感器 电场和H-现场探测器 MRI / RF成像 电源调节电路 无线发射器 飞机传感器和传感器...
发表于 07-04 11:16 0次 阅读
AFBR-POC406L 光功率转换器6VDC,ST端口

QFBR-S01EK001Z 光学相位读写器开发套件

Broadcom QFBR-S01EK001Z是一款光学相位读写器(OPI)开发套件,包含评估工业传感器应用的OPI技术所需的主要组件。该技术支持多模光纤用作低成本,高精度工业传感器设计的分布式传感器元件。通过光学相位询问器,QFBR-S01IN001Z和足够的光纤来设置测试工作台,该开发套件将帮助集成商针对预期应用对技术进行基准测试,或者在最终应用中集成和测试它。   报价请求 功能 高灵敏度 可见(650 nm)LED技术 坚固耐用的设计 集成BIT(内置测试) 隔离数字输入/输出 隔离的4至20mA工业接口 以太网(10/100 MB / s)接口 板载数据存储功能 远程软件更新&维护 应用程序 工业监控解决方案 结构健康监控...
发表于 07-04 11:15 4次 阅读
QFBR-S01EK001Z 光学相位读写器开发套件

AR35-L80E; AR35-L80S 具有增量输出的反射式线性编码器

Broadcom® AR35-L80系列是Reflective 编码器,专为线性刻度应用而设计,具有增量效果 具有用户可编程分辨率的输出模式。 AR35-L80与代码条窗口一起工作,间距为80um,全码长度为40.96mm。将有5 可编程分辨率输出,提供正交输出分辨率,范围从20um到1.25um。 AR35-L80系列提供2种可选串行通信协议。 AR35-L80S内置SSI -3线路协议是同步,点对点,串行通信信道,从1 Mhz到10 Mhz而AR35-L80E自带ESL(Enocder Serial Link),基于RS-485的异步通信,多点到8通道,带速度高达10 Mbps。 采用Broadcom专利的反射光学编码理论; AR35 Linear系列提供高精度的校正,这是磁编码器无法实现的。 特点 表面贴装DFN 34封装:10.9 mm( L)x 9.1 mm(宽)x 1.5 mm(高) 用户可编程分辨率范围为20um至1.25um(正交输出) ABI差分输出 高温范围– 40°C至115°C< 双模式工作电压3.3V和5V, 可选绝对串行输出通信协议 SSI-3线路模式 ESL模式(编码器串行链路) 符合RoHS标准。     应用 直线电机,线性执行器 实验室和测量设备 机器人自动化和工程 工厂自动化和无人机 医疗...
发表于 07-04 11:06 13次 阅读
AR35-L80E; AR35-L80S 具有增量输出的反射式线性编码器

AFBR-1555ARZ 用于SERCOS应用的增强金属光纤发射器

AFBR-1555ARZ是一款金属外壳光发射器,适用于SERCOS应用,工作速率为2,4,8和16 MBd。金属外壳提供坚固的设计,可防止恶劣环境中的光学端口断裂,并具有出色的ESD性能。光学数据通过光纤环在数字控制和驱动之间传输,具有电压隔离和抗噪性。 AFBR-1555ARZ设计用于接收器AFBR-2555ARZ。该部分的特点是200微米的HCS®和1mm POF电缆,适用于-40°C至+ 85°C的工作温度。 特性 符合工业SERCOS标准 SMA端口 650 nm波长技术 增强金属外壳和端口 指定用于1 mm塑料光纤和200微米硬包层硅石 可自动插入和波形焊接 支持SERCOS 2,4,8和16 MBd 符合RoHS标准 应用 工业控制数据链接 工厂自动化数据链接 电压隔离应用 PLCs 电机驱动 传感器,仪表和执行器接口...
发表于 07-04 11:04 27次 阅读
AFBR-1555ARZ 用于SERCOS应用的增强金属光纤发射器

HFBR-2555AFZ 用于SERCOS应用的金属外壳16MBd光接收器

HFBR-2555AFZ是用于SERCOS应用的金属外壳光接收器,其数据速率为4,8和16 MBd。金属外壳提供坚固的设计,可防止恶劣环境中的光学端口损坏,并具有出色的ESD性能。光学数据通过光纤环在数字控制和驱动之间传输,具有电压隔离和抗噪声能力。 HFBR-2555AFZ设计用于与变送器HFBR-1505AFZ一起工作。该部分的特点是200微米的HCS®和1mm POF电缆适用于-40°C至+ 85°C的宽工作温度 特性 符合工业SERCOS标准 SMA端口 650 nm波长技术 金属外壳和端口 特别适用于1 mm塑料光纤和200微米硬包层硅石 可自动插入和波形焊接 支持SERCOS 4,8和16 MBd 符合RoHS标准 应用 工业控制数据链接 工厂自动化数据链接 电压隔离应用 PLCs 电机驱动 传感器,仪表和执行器接口...
发表于 07-04 11:04 28次 阅读
HFBR-2555AFZ 用于SERCOS应用的金属外壳16MBd光接收器

ACPL-790B-000E 精密微型隔离放大器

ACPL-790B / 790A / 7900精密微型隔离放大器设计用于电子驱动器等电子功率转换器应用中的电流检测和电压检测和可再生能源系统。在典型的电动机驱动实现中,电流流过外部电阻器,并且由隔离放大器感测所产生的模拟电压降。在光隔离屏障的另一侧产生与电流成比例的差分输出电压。 对于一般应用,ACPL-790A(±1%增益容差)和ACPL-建议使用7900(+±3%增益容差)。对于高精度应用,可以使用ACPL-790B(±0.5%增益容差)。电流传感器采用5 V单电源供电,具有出色的线性度和60 dB SNR的动态性能。凭借200 kHz带宽,1.6微秒的快速响应时间,该电流传感器可捕获短路和过载情况下的瞬态。 ACPL-790B / 790A / 7900的高共模瞬变抗扰度(15 kV /μs)提供了在高噪声电机控制环境中精确监控电机电流所需的精度和稳定性,提供更平稳的控制(更少的“扭矩”) ripple”)用于各种类型的电机控制应用。 结合卓越的光耦合技术,ACPL-790B / 790A / 7900精密微型隔离放大器实现sigma-delta模拟数字转换器,斩波稳定放大器和全差分电路拓扑,提供无与伦比的隔离模式噪声抑制,低失调,高增益精度和稳定性。该性能采用紧凑,可自动插入的D...
发表于 07-04 09:59 28次 阅读
ACPL-790B-000E 精密微型隔离放大器

HCPL-786J 隔离式15位A / D转换器

HCPL-7860 / HCPL-786J光隔离调制器和HCPL-0872数字接口集成电路或数字滤波器共同组成一个光耦隔离可编程双芯片模数转换器。隔离式调制器允许直接测量功率逆变器和汽车应用中的电机相电流。 在运行中,HCPL-7860 / HCPL-786J隔离式调制器(具有5000 VRMS介电耐压额定值的光耦合器)可转换低带宽通过Sigma-Delta(Σ−Δ)过采样调制器将模拟输入到高速一位数据流中。 这种调制提供高噪声容限和出色的隔离抗扰度 - 模式瞬变。调制器数据和片上采样时钟经过隔离边界编码和传输,在那里被恢复并解码为单独的高速时钟和数据通道。     功能 12位线性 800 ns转换时间(预触发模式2) 5种分辨率/速度权衡的转换模式;具有20 us信号延迟的12位有效分辨率(14位,103 us) 快速3 us超范围检测 串行I / O(SPI,QSPI和Microwire兼容) ) / - 单电源电压为200 mV输入范围 1%内部参考电压匹配 偏移校准 -40 o C...
发表于 07-04 09:59 30次 阅读
HCPL-786J 隔离式15位A / D转换器

ACNT-H870-000E 采用15mm拉伸SO8封装的精密光隔离电压传感器

ACNT-H87B / H87A / H870电压传感器是专为电压检测而设计的光隔离放大器。其2V输入范围和高1GΩ输入阻抗,使其非常适合电子功率转换器和电机驱动器和可再生能源系统等应用中的隔离电压检测要求。在典型的电压感测实现中,电阻分压器用于缩放DC链路电压以适应电压传感器的输入范围。在光隔离屏障的另一侧产生与输入电压成比例的差分输出电压。 对于一般应用,ACNT-H87A(±1%增益容差)和ACNT建议使用-H870(±3%增益容差)。对于高精度要求,可以使用ACNT-H87B(±0.5%增益公差)。 ACNT-H87B / H87A / H870  光隔离放大器系列采用5V单电源供电,具有出色的线性度。提供高电平有效关断引脚,可将Idd1电流降至仅15 uA,适用于电池供电和其他功耗敏感应用。 高共模瞬态抗扰度(15kV /我们的ACNT-H87B / H87A / H870提供精确监控高噪声环境中直流母线电压所需的精度和稳定性。结合卓越的光耦合技术,ACNT-H87B / H87A / H870采用Σ-Δ调制,斩波稳定放大器和差分输出,提供无与伦比的隔离模式噪声抑制,低失调,高增益精度和稳定性。该性能采用紧凑型,可自动插入的15 mm拉伸SO-8(SSO-8...
发表于 07-04 09:58 36次 阅读
ACNT-H870-000E 采用15mm拉伸SO8封装的精密光隔离电压传感器

ACPL-C790-000E 精密微型隔离放大器

ACPL-C79B / C79A / C790隔离放大器设计用于电子功率转换器中的电流检测和电压检测,包括电机驱动和可再生能源系统。在典型的电动机驱动实现中,电流流过外部电阻器,并且由隔离放大器感测所产生的模拟电压降。在光隔离屏障的另一侧产生与电流成比例的差分输出电压。 对于一般应用,ACPL-C79A(±1%增益容差)和ACPL-建议使用C790(±3%增益公差)。对于高精度应用,可以使用ACPL-C79B(±0.5%增益容差)。电流传感器采用5 V单电源供电,具有出色的线性度和60 dB SNR的动态性能。凭借200 kHz带宽,1.6微秒的快速响应时间,电流传感器可捕获短路和过载情况下的瞬态。 ACPL-C79B / C79A / C790的高共模瞬变抗扰度(15 kV /μs)提供了在高噪声电机控制环境中精确监控电机电流所需的精度和稳定性,从而提供更平稳的控制(更少&ndquo;各种类型的电机控制应用中的扭矩纹波。 结合卓越的光耦合技术,ACPL-C79B / C79A / C790实现了sigma-delta模数转换器,斩波稳定放大器,和全差分电路拓扑结构,提供无与伦比的隔离模式噪声抑制,低失调,高增益精度和稳定性。该性能采用紧凑,可自动插入的拉伸SO-8封装,符合全球监...
发表于 07-04 09:58 32次 阅读
ACPL-C790-000E 精密微型隔离放大器

AFBR-2555ARZ 用于SERCOS应用的增强金属光纤接收器

AFBR-2555ARZ是一款用于SERCOS应用的金属外壳光接收器,其数据速率为2,4,8和16 MBd。金属外壳提供坚固的设计,可防止恶劣环境中的光学端口断裂,并具有出色的ESD性能。光学数据通过光纤环在数字控制和驱动之间传输,具有电压隔离和抗噪声能力。 AFBR-2555ARZ设计用于与发射器AFBR-1555ARZ一起工作。该部分的特点是200微米的HCS®和1mm POF电缆,适用于-40°C至+ 85°C的工作温度。 特性 符合工业SERCOS标准 SMA端口 650 nm波长技术 增强金属外壳和端口 指定用于1 mm塑料光纤和200微米硬包层硅石 可自动插入和波形焊接 支持SERCOS 2,4,8和16 MBd 符合RoHS标准 应用 工业控制数据链接 工厂自动化数据链接 电压隔离应用 PLCs 电机驱动 传感器,仪表和执行器接口...
发表于 07-04 09:46 21次 阅读
AFBR-2555ARZ 用于SERCOS应用的增强金属光纤接收器