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西北大学研究果蝇行为 为自动驾驶研发提供新思路

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时间:1900/1/1 0:00:00

根据美国汽车协会(AAA)的自动驾驶调查报告,超过70%的受访者表示,他们仍然对全自动驾驶汽车抱有疑虑,这可能会使特斯拉等汽车制造商在推出全自动驾驶系统之前从零开始。但西北大学最近的一项研究表明,让果蝇驾驶汽车可能比机器人更好。

果蝇一直是实验室重要的实验对象。最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究表明,果蝇利用决策、学习和记忆来执行简单的功能,例如散发热量。目前,研究人员正试图通过了解自动驾驶的行为来改变自动驾驶的传统思维模式。

Discovery, Tesla

(来源:西北大学)

西北大学温伯格文理学院神经生物学副教授、该研究的通讯记者马尔科·加利奥(Marco Gallio)说:“果蝇可以在非常简单的导航任务中做出灵活的决定、学习和记忆的发现非常新颖和令人惊讶,这让我们重新考虑安全和灵活的自动驾驶车辆需要什么样的编程。”

Gallio表示,这项研究背后的问题与完全自动驾驶汽车类似,例如果蝇(或汽车)如何应对新事物,以及如何制造能够灵活适应新条件的汽车。这一发现揭示了果蝇的大脑功能通常与小鼠和人类等更复杂的大脑有关。

Gallio说:“动物,尤其是昆虫的行为通常被认为是像机器一样固定和硬连线的。但大多数人可能不知道,与我们完全不同的果蝇可能具有复杂的大脑功能,可以学习、记忆或做出决定。”

为了研究果蝇如何散热,Gallio实验室用四块地砖搭建了一个微型塑料房间,可以独立控制温度,防止果蝇飞出。随后,研究人员用高分辨率的录像机记录下果蝇遇到热瓦和冷瓦边界时的反应,并绘制出路线图。他们发现果蝇非常善于把热边界当作一个无形的屏障来避免伤害。

利用真实的测量结果,该团队创建了一个3D模型,可以估计整个实验过程中果蝇微小身体各部分的准确温度。在其他实验中,研究人员在苍蝇的头部开了一个“天窗”,记录了神经元处理外部温度信号的大脑活动。

Gallio实验室的博士后研究员、该研究的第一作者miguelsimes表示,果蝇可以以很高的准确度确定躲避高温的最佳方式是向左还是向右。通过描述果蝇的逃跑方向,西莫斯指出,当果蝇从右边接近时,“几乎总是”逃向左边,“就像网球从墙上反弹一样”。

西莫斯说:“果蝇在遇到高温时必须迅速做出决定。继续还是回头更安全?这个决定很大程度上取决于另一边温度的风险因素。”Gallio实验室的成员Josh Levy和应用数学教授William Kath说:“控制论专家Valentino Braitenberg在他的书中描述了一个由传感器和电机组成的简单模型,它可能会重现动物的行为。车辆是简单电线的组合,但它的行为非常复杂和智能。”

通过使用与Braitenberg车辆相同的布线和算法来模拟果蝇的行为,西北大学的研究团队制造了一辆汽车,以确定其动物行为的相似性。在模型车比赛模拟完成后,团队通过自然选择选出性能最好的车辆,对其进行一些改动,然后与高性能车重新组装。利维在庞大的NU(NU sselt数的数学符号)计算集群中进行了500代进化,创造出了一辆最终能像果蝇一样逃离真实热量的汽车。

模拟显示,“硬连线”车辆的性能最终会和果蝇一样好。然而,随着时间的推移,果蝇的飞行性能得到了改善,并采用了更好的策略来提高效率,但车辆仍然“笨拙”且不灵活。研究人员还发现,即使果蝇完成了简单的躲避热量的任务,它的行为仍然是部分不可预测的……还有个人决策的空间。最后,科学家观察到果蝇即使缺少触须也能适应新的情况,找到新的逃脱策略,但同样被“损坏”的车辆却无法适应并成功转向,最终像追尾巴的狗一样被困并旋转。Gallio表示,简单的导航涉及如此复杂的过程,这为自动驾驶的未来发展提供了基础。根据美国汽车协会(AAA)的自动驾驶调查报告,超过70%的受访者表示,他们仍然对全自动驾驶汽车抱有疑虑,这可能会使特斯拉等汽车制造商在推出全自动驾驶系统之前从零开始。但西北大学最近的一项研究表明,让果蝇驾驶汽车可能比机器人更好。

果蝇一直是实验室重要的实验对象。最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究表明,果蝇利用决策、学习和记忆来执行简单的功能,例如散发热量。目前,研究人员正试图通过了解自动驾驶的行为来改变自动驾驶的传统思维模式。

Discovery, Tesla

(来源:西北大学)

西北大学温伯格文理学院神经生物学副教授、该研究的通讯记者马尔科·加利奥(Marco Gallio)说:“果蝇可以在非常简单的导航任务中做出灵活的决定、学习和记忆的发现非常新颖和令人惊讶,这让我们重新考虑安全和灵活的自动驾驶车辆需要什么样的编程。”

Gallio表示,这项研究背后的问题与完全自动驾驶汽车类似,例如果蝇(或汽车)如何应对新事物,以及如何制造能够灵活适应新条件的汽车。这一发现揭示了果蝇的大脑功能通常与小鼠和人类等更复杂的大脑有关。

Gallio说:“动物,尤其是昆虫的行为通常被认为是像机器一样固定和硬连线的。但大多数人可能不知道,与我们完全不同的果蝇可能具有复杂的大脑功能,可以学习、记忆或做出决定。”

为了研究果蝇如何散热,Gallio实验室用四块地砖搭建了一个微型塑料房间,可以独立控制温度,防止果蝇飞出。随后,研究人员用高分辨率的录像机记录下果蝇遇到热瓦和冷瓦边界时的反应,并绘制出路线图。他们发现果蝇非常善于把热边界当作一个无形的屏障来避免伤害。

利用真实的测量结果,该团队创建了一个3D模型,可以估计整个实验过程中果蝇微小身体各部分的准确温度。在其他实验中,研究人员在苍蝇的头部开了一个“天窗”,记录了神经元处理外部温度信号的大脑活动。

Gallio实验室的博士后研究员、该研究的第一作者miguelsimes表示,果蝇可以以很高的准确度确定躲避高温的最佳方式是向左还是向右。通过描述果蝇的逃跑方向,西莫斯指出,当果蝇从右边接近时,“几乎总是”向左边逃跑,“就像网球从墙上反弹一样”。

西莫斯说:“果蝇在遇到高温时必须迅速做出决定。继续还是回头更安全?这个决定很大程度上取决于另一边温度的风险因素。”Gallio实验室的成员Josh Levy和应用数学教授William Kath说:“控制论专家Valentino Braitenberg在他的书中描述了一个由传感器和电机组成的简单模型,它可能会重现动物的行为。车辆是简单电线的组合,但它的行为非常复杂和智能。”

通过使用与Braitenberg车辆相同的布线和算法来模拟果蝇的行为,西北大学的研究团队制造了一辆汽车,以确定其动物行为的相似性。在模型车比赛模拟完成后,团队通过自然选择选出性能最好的车辆,对其进行一些改动,然后与高性能车重新组装。利维在庞大的NU(NU sselt数的数学符号)计算集群中进行了500代进化,创造出了一辆终于可以逃离现实酷暑的汽车……像一只果蝇。

模拟显示,“硬连线”车辆的性能最终会和果蝇一样好。然而,随着时间的推移,果蝇的飞行性能得到了改善,并采用了更好的策略来提高效率,但车辆仍然“笨拙”且不灵活。研究人员还发现,即使果蝇执行简单的避暑任务,它的行为仍然是部分不可预测的,并且有个人决策的空间。最后,科学家观察到果蝇即使缺少触须也能适应新的情况,找到新的逃脱策略,但同样被“损坏”的车辆却无法适应并成功转向,最终像追尾巴的狗一样被困并旋转。Gallio表示,简单的导航涉及如此复杂的过程,这为自动驾驶的未来发展提供了基础。

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