I pipistrelli della frutta non sono le prime parole che vengono in mente quando si pensa alle auto senza conducente. Ma nelle loro incursioni notturne per frutta e nettare, risolvono regolarmente molte delle sfide ingegneristiche che hanno bloccato gli sforzi per sviluppare veicoli autonomi sicuri, affidabili ed efficienti.

Il sistema di navigazione dei pipistrelli è stato progettato dal più grande ingegnere del mondo:l'evoluzione. Michael Yartsev, assistente professore di bioingegneria e neuroscienze, studia gli schemi di cablaggio e di accensione nel cervello dei pipistrelli che la natura ha escogitato per portarli da qui a lì nel buio pesto. E senza volare contro gli ostacoli o l'un l'altro.

Il Bakar Fellows Program sostiene un nuovo sforzo nel suo laboratorio per tradurre le "regole della strada" neurologiche dei pipistrelli in algoritmi computazionali per guidare lo sviluppo di sistemi di navigazione per auto senza conducente.

Il dottor Yartsev descrive i principi neurobiologici che il suo laboratorio ha scoperto e come le intuizioni possono fornire una tabella di marcia per il futuro.

D. Come hai deciso di concentrarti sull'ecolocalizzazione dei pipistrelli come modello per la progettazione di veicoli autonomi?

A. Ho iniziato a lavorare con i pipistrelli della frutta per il mio dottorato di ricerca. in Israele. Ero interessato alle basi neurali della rappresentazione spaziale e della navigazione e l'ecolocalizzazione dei pipistrelli è un sistema meraviglioso per esplorarlo.

Possono rilevare oggetti con una risoluzione molto fine, mentre volano a velocità fino a 100 miglia orarie. Hanno sviluppato capacità superiori per il rilevamento, la percezione e il movimento precisi, non solo come individui, ma anche come parte di un gruppo.

D. In che modo questa fondamentale ricerca neuroscientifica ti ha portato alle auto senza conducente?

R. Alcuni anni fa, ho iniziato a conoscere l'industria dei veicoli autonomi e mi sono reso conto che c'è molto che potremmo potenzialmente contribuire. Ma è diventato davvero pratico solo con il supporto della mia Bakar Fellowship.

D. Questi pipistrelli sono davvero ciechi come si suol dire?

R. No, l'intera frase "cieco come un pipistrello" è sbagliata. I nostri pipistrelli, i pipistrelli della frutta egiziani, hanno anche un sistema visivo altamente sviluppato. Sono piuttosto sorprendenti sia per l'ecolocalizzazione che per l'acuità visiva. Usano l'ecolocalizzazione per navigare di notte.

D. Come fai a studiare i pipistrelli al buio?

R. Abbiamo progettato sale di volo completamente automatizzate dove i pipistrelli possono volare liberamente. Studiamo i loro modelli sonar usando microfoni a ultrasuoni. Stiamo rilevando le loro stesse trasmissioni, i loro clic ecolocalizzati. L'intero sistema è wireless.

D. Andare dal punto A al punto B è solo metà della sfida per le auto a guida autonoma, vero?

R. Sì, è vero. I veicoli autonomi devono navigare con precisione, ma anche rispondere alle condizioni del traffico, alla vicinanza, alla velocità e alla direzione di altre auto senza conducente. Questo è ciò che chiamiamo comportamento collettivo. La tecnologia attuale non ha capito come risolvere il problema della comunicazione tra veicoli. Le auto sono trattate come individui che navigano nel loro ambiente.

Per studiare questa capacità più complessa, possiamo far volare insieme i pipistrelli e raggiungere i loro bersagli.

D. Che cosa hai imparato sul cablaggio nel loro cervello che consente loro di volare collettivamente alla cieca?

R. I recenti sforzi in cui è stato coinvolto il nostro laboratorio sono riusciti a mappare ampie porzioni della corteccia del cervello del pipistrello. Siamo stati in grado di identificare la posizione precisa dei centri di segnalazione e percezione dei neuroni per l'ecolocalizzazione. Utilizzando sistemi neurofisiologici wireless possiamo registrare i segnali neurali da quelle aree.

Inoltre, quando abbiamo iniziato a esaminare il comportamento neurologico dei pipistrelli che interagiscono come gruppi, siamo rimasti sorpresi di scoprire che hanno un livello interessante di sincronicità inter-cervello. C'è un particolare intervallo di frequenza nell'attività cerebrale in cui questa sincronia diventa più pronunciata.

Questo presumibilmente fornisce l'equilibrio ottimale tra potenza del segnale e velocità per navigare e comunicare in modo quasi impeccabile. Lo stesso problema dovrà essere risolto quando molti veicoli autonomi sono in circolazione. Hanno bisogno di comunicare efficacemente le informazioni tra loro e al momento non sappiamo quale sia il modo migliore per farlo. L'evoluzione potrebbe gettare una luce importante su questo.

D. In che modo questa scoperta potrebbe influenzare lo sviluppo di veicoli autonomi?

R. Può guidarci a identificare la migliore frequenza sonar e la banda di frequenza ottimale per consentire alle auto di comunicare tra loro in modo più efficace. Per le auto a guida autonoma, non vuoi un sistema di navigazione accurato al 95%. Hai bisogno del 99,99999999%. Hai bisogno di un livello di precisione Ferrari, non di un'auto economica.

Ogni cifra al di sopra del 99% è computazionalmente costosa da sviluppare. I sensori visivi con quel livello di precisione sarebbero molto costosi. Ma l'identificazione visiva è anche importante. Consideriamo le due modalità complementari.

D. In che modo l'industria dei veicoli a guida autonoma ha reagito al tuo lavoro?

R. Non ho mai lavorato un giorno in vita mia nell'industria. Il Bakar Fellows Program mi sta permettendo di fare avanti e indietro con gli sviluppatori di veicoli autonomi. Può concentrare la nostra ricerca in modo che possiamo davvero dare un contributo. Senza quel feedback, saremmo come girare le ruote.