港科大申亚京&厦大杨媛媛:仿捕蝇草智能捕食机制的电子逻辑器件

果壳硬科技 2024-05-12 10:05

欢迎星标 果壳硬科技

捕蝇草不具备动物所特有的神经系统,但仍然能够对外界刺激进行智能响应,识别并成功捕获猎物。近日,香港科技大学团队与厦门大学团队合作,提出了一种基于液态金属的仿捕蝇草智能捕食机制的电子逻辑元件,该元件本身具有记忆和计数特性,无需其它辅助电子器件即可如捕蝇草般智能地响应各种刺激序列。基于材料自身而实现的智能策略以及内在的逻辑机制,为我们思考自然界中的“智能”提供了全新的视角,也对“具身智能”的发展提供了启发。



捕蝇草具有独特的捕食机制,它能有效区分各种外部刺激,如单次、多次刺激,进而区分环境干扰(如雨滴)及昆虫,以确保成功捕获猎物。此项功能主要是由于捕蝇草的触毛具有类似于记忆和计数的特征,它可以感知刺激产生动作电位,并在短时间内记住刺激。如果猎物在大约半分钟内碰触两次,则捕蝇草将闭合叶片进行捕食。



捕蝇草的智能无需如动物般复杂的神经系统辅助,其主要来源于内部钙离子变化。触碰能引起内部钙离子激增却未到达一定的阈值,随后逐渐消退。当再次触碰发生时,钙离子达到了阈值,从而导致捕蝇草叶片闭合。基于此种机制,捕蝇草在节省能量的同时又能有效地捕获食物。



基于捕蝇草内部电信号积累/衰减模型,作者提出了一种基于液态金属丝延伸/缩短形变的电子逻辑元件LLM。该元件以氢氧化钠溶液中的液态金属丝为导电介质,基于电化学及电毛细效应控制液态金属丝的长度,进而依据阳极和门极所施加的电刺激调控阴极输出。通道中液态金属丝长度变化的时间依赖性机制赋予了LLM独特的记忆性能。



LLM接收电刺激后液态金属丝的长度如同捕蝇草中钙离子信号般增强,当撤掉电刺激后由于由于液态金属与通道的粘附作用,它在一定时间内保持不动后将逐渐减小。该特性使LLM能够短时间保留液态金属丝的长度记忆,并在接收到第二个触发信号时在此基础上延长。



研究结果表明,LLM本身可以记忆电刺激的持续时间和间隔,计算多次刺激累积的信号,并表现出类似于捕蝇草的显著逻辑功能。



作为演示,作者搭建了一套基于LLM智能决策器件、仿触毛机械开关、仿叶片柔性电驱动器的人工捕蝇草系统,复现了捕蝇草的捕食过程。此外,作者还展示了LLM在功能电路集成、滤波、人工神经等方面的应用前景。此项工作不仅为模拟植物的智能行为提供了见解,也可为后续生物信号模拟器件及具身智能系统研发提供可靠借鉴。



当人们提到‘人工智能’,一般想到的都是模拟动物神经系统的智能。然而,在自然界中,很多植物也可以通过特定的材料、结构组合,展示出一定智能。对该方向的研究,可为我们理解自然中的‘智能’,构建‘类生命的智能’提供新的视角和思路。几年前杨媛媛副教授还在申亚京教授课题组读博士时,便一起探讨了仿照植物构建智能体这个想法。经过几年的努力,终于实现了对捕蝇草智能的概念验证和模拟,后期还有很多工作需要进一步开展,如设计更高效的结构、减小器件的尺寸、提高系统响应等等。”


研究团队

厦门大学航空航天学院重大装备健康管理研究团队杨媛媛副教授为论文第一作者,香港科技大学微型智能机器人系统实验室申亚京教授为论文通讯作者。

论文信息

发布期刊 Nature Communications

发布时间 2024年4月22日

文章标题 A Liquid Metal-based Module Emulating the Intelligent Preying Logic of Flytrap

(https://www.nature.com/articles/s41467-024-47791-7)

研究团队 | 作者

酥鱼 | 编辑

如果你是投资人、创业团队成员或科研工作者,对果壳硬科技组织的闭门会或其它科创服务活动感兴趣,欢迎扫描下方二维码,或在微信公众号后台回复“企业微信”添加我们的活动服务助手,我们将通过该渠道组织活动——



果壳硬科技 果壳旗下硬科技服务品牌,致力于连接科学家与投资人、创业者,在新一轮技术革命和资本流动中,做最懂硬核科技的团队。
评论
  • 本文继续介绍Linux系统查看硬件配置及常用调试命令,方便开发者快速了解开发板硬件信息及进行相关调试。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。查看系统版本信息查看操作系统版本信息root@ido:/# cat /etc/*releaseDISTRIB_ID=UbuntuDISTRIB_RELEASE=20.04DISTRIB_CODENAME=focalDIS
    Industio_触觉智能 2025-01-03 11:37 137浏览
  • 在测试XTS时会遇到修改产品属性、SElinux权限、等一些内容,修改源码再编译很费时。今天为大家介绍一个便捷的方法,让OpenHarmony通过挂载镜像来修改镜像内容!触觉智能Purple Pi OH鸿蒙开发板演示。搭载了瑞芯微RK3566四核处理器,树莓派卡片电脑设计,支持开源鸿蒙OpenHarmony3.2-5.0系统,适合鸿蒙开发入门学习。挂载镜像首先,将要修改内容的镜像传入虚拟机当中,并创建一个要挂载镜像的文件夹,如下图:之后通过挂载命令将system.img镜像挂载到sys
    Industio_触觉智能 2025-01-03 11:39 112浏览
  • 【工程师故事】+半年的经历依然忧伤,带着焦虑和绝望  对于一个企业来说,赚钱才是第一位的,对于一个人来说,赚钱也是第一位的。因为企业要活下去,因为个人也要活下去。企业打不了倒闭。个人还是要吃饭的。企业倒闭了,打不了从头再来。个人失业了,面对的不仅是房贷车贷和教育,还有找工作的焦虑。企业说,一个公司倒闭了,说明不了什么,这是正常的一个现象。个人说,一个中年男人失业了,面对的压力太大了,焦虑会摧毁你的一切。企业说,是个公司倒闭了,也不是什么大的问题,只不过是这些公司经营有问题吧。
    curton 2025-01-02 23:08 289浏览
  • 影像质量应用于多个不同领域,无论是在娱乐、医疗或工业应用中,高质量的影像都是决策的关键基础。清晰的影像不仅能提升观看体验,还能保证关键细节的准确传达,例如:在医学影像中,它对诊断结果有着直接的影响!不仅如此,影像质量还影响了:▶ 压缩技术▶ 存储需求▶ 传输效率随着技术进步,影像质量的标准不断提高,对于研究与开发领域,理解并提升影像质量已成为不可忽视的重要课题。在图像处理的过程中,硬件与软件除了各自扮演着不可或缺的基础角色,有效地协作能够确保图像处理过程既高效又具有优异的质量。软硬件各扮演了什么
    百佳泰测试实验室 2025-01-03 10:39 132浏览
  • 光耦合器,也称为光隔离器,是一种利用光在两个隔离电路之间传输电信号的组件。在医疗领域,确保患者安全和设备可靠性至关重要。在众多有助于医疗设备安全性和效率的组件中,光耦合器起着至关重要的作用。这些紧凑型设备经常被忽视,但对于隔离高压和防止敏感医疗设备中的电气危害却是必不可少的。本文深入探讨了光耦合器的功能、其在医疗应用中的重要性以及其实际使用示例。什么是光耦合器?它通常由以下部分组成:LED(发光二极管):将电信号转换为光。光电探测器(例如光电晶体管):检测光并将其转换回电信号。这种布置确保输入和
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:27 155浏览
  • 车身域是指负责管理和控制汽车车身相关功能的一个功能域,在汽车域控系统中起着至关重要的作用。它涵盖了车门、车窗、车灯、雨刮器等各种与车身相关的功能模块。与汽车电子电气架构升级相一致,车身域发展亦可以划分为三个阶段,功能集成愈加丰富:第一阶段为分布式架构:对应BCM车身控制模块,包含灯光、雨刮、门窗等传统车身控制功能。第二阶段为域集中架构:对应BDC/CEM域控制器,在BCM基础上集成网关、PEPS等。第三阶段为SOA理念下的中央集中架构:VIU/ZCU区域控制器,在BDC/CEM基础上集成VCU、
    北汇信息 2025-01-03 16:01 169浏览
  • Matter加持:新世代串流装置如何改变智能家居体验?随着现在智能家庭快速成长,串流装置(Streaming Device,以下简称Streaming Device)除了提供更卓越的影音体验,越来越多厂商开始推出支持Matter标准的串流产品,使其能作为智能家庭中枢,连结多种智能家电。消费者可以透过Matter的功能执行多样化功能,例如:开关灯、控制窗帘、对讲机开门,以及操作所有支持Matter的智能家电。此外,再搭配语音遥控器与语音助理,打造出一个更加智能、便捷的居家生活。支持Matter协议
    百佳泰测试实验室 2025-01-03 10:29 136浏览
  • 在快速发展的能源领域,发电厂是发电的支柱,效率和安全性至关重要。在这种背景下,国产数字隔离器已成为现代化和优化发电厂运营的重要组成部分。本文探讨了这些设备在提高性能方面的重要性,同时展示了中国在生产可靠且具有成本效益的数字隔离器方面的进步。什么是数字隔离器?数字隔离器充当屏障,在电气上将系统的不同部分隔离开来,同时允许无缝数据传输。在发电厂中,它们保护敏感的控制电路免受高压尖峰的影响,确保准确的信号处理,并在恶劣条件下保持系统完整性。中国国产数字隔离器经历了重大创新,在许多方面达到甚至超过了全球
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:10 117浏览
  • 自动化已成为现代制造业的基石,而驱动隔离器作为关键组件,在提升效率、精度和可靠性方面起到了不可或缺的作用。随着工业技术不断革新,驱动隔离器正助力自动化生产设备适应新兴趋势,并推动行业未来的发展。本文将探讨自动化的核心趋势及驱动隔离器在其中的重要角色。自动化领域的新兴趋势智能工厂的崛起智能工厂已成为自动化生产的新标杆。通过结合物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习(ML),智能工厂实现了实时监控和动态决策。驱动隔离器在其中至关重要,它确保了传感器、执行器和控制单元之间的信号完整性,同时提供高
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:28 159浏览
  • 物联网(IoT)的快速发展彻底改变了从智能家居到工业自动化等各个行业。由于物联网系统需要高效、可靠且紧凑的组件来处理众多传感器、执行器和通信设备,国产固态继电器(SSR)已成为满足中国这些需求的关键解决方案。本文探讨了国产SSR如何满足物联网应用的需求,重点介绍了它们的优势、技术能力以及在现实场景中的应用。了解物联网中的固态继电器固态继电器是一种电子开关设备,它使用半导体而不是机械触点来控制负载。与传统的机械继电器不同,固态继电器具有以下优势:快速切换:确保精确快速的响应,这对于实时物联网系统至
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:11 160浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦