2020 年以來，從非洲到南亞，沙漠蝗蟲災害侵襲全球多地。2020 年 7 月，南亞國家印度再遭蝗災襲擊，并且部分城市進入警戒狀態(tài)。

現在，一個由賓夕法尼亞州立大學工程師組成的研發(fā)團隊以漫天蝗群中單個蝗蟲不會互相碰撞為契機，正在研制一種低功率的碰撞探測器，它可以模仿蝗蟲躲避碰撞的反應，幫助機器人、無人機甚至無人駕駛汽車避免碰撞。

目前自動駕駛技術面臨的最大問題，就是如何保證車輛在上路時的安全性。如何避免車輛在行駛路上發(fā)生碰撞，已經是汽車制造工業(yè)的一個巨大挑戰(zhàn)。而從生物學角度來說，昆蟲為自動駕駛技術中的碰撞檢測和人工視覺系統提供了豐富的靈感來源。

賓夕法尼亞州立大學工程科學和力學助理教授 Saptarshi Das 說：“我們一直在尋找具有不同尋常能力的動物，那些比人類做得更好的動物。其中，昆蟲的視覺是人們經常用來設計自動系統的東西，因為它們會飛，且不會相互碰撞。后來我們發(fā)現了蝗蟲是獨一無二的研究對象。”

研究人員開發(fā)的這個防碰撞的探測器是一種緊湊的納米級碰撞檢測器，并且使用單層硫化鉬作為光電檢測器。他們把光電探測器放在一個可編程的浮動門存儲器結構的頂部，這種存儲器結構僅用少量的能量就可以模擬蝗蟲的神經元反應。

這項研究于 8 月 24 日發(fā)表在 Nature Electronics 期刊，研究人員并表示，這是“向智能、低成本、特定任務、節(jié)能和小型化防撞系統的發(fā)展邁出的一大飛躍�！�

蝗災帶來的研究靈感與契機

蝗災，主要是指蝗蟲引起的災變，數以百萬計的昆蟲，飛越天空攻擊莊稼，但是在這些大群蝗蟲中，即使數量眾多，也不會出現單個昆蟲互相碰撞的情況。

不過一旦發(fā)生蝗災，大量的蝗蟲會吞食禾田，使農產品完全遭到破壞，引發(fā)嚴重的經濟損失以致因糧食短缺而發(fā)生饑荒。

而全球變暖，尤其冬季溫度的上升，有利于蝗蟲越冬卵的增加，為第二年蝗災的爆發(fā)提供“蟲卵”；此外氣候變暖、干旱加劇，草場退化等多種因素的疊加，為蝗蟲產卵提供了合適的產地，而且蝗蟲適應干旱的能力極強，這是因為以蝗蟲為食物的其他昆蟲和鳥類在此情況下都不能生存，而且一種能造成蝗蟲疾病的絲狀菌被抑制活性，故而使其在干旱地區(qū)數量大大增加。

因此專家預測，隨著全球變暖的趨勢，未來蝗災發(fā)生的規(guī)模會越來越大，對中國和世界的糧食生產將造成嚴重的影響。

當然，我們今天文章的重點，不在蝗災，而在單個蝗蟲。

蝗蟲之所以不同尋常，是因為它們使用一種叫做 Lobula Giant Movement Detector （LGMD）的單一特殊神經元來避免碰撞。Das 說：“我們開始研究它是如何工作，蝗蟲還真是令人難以置信�！�

根據賓夕法尼亞州立大學工程科學和力學專業(yè)的研究生 Darsith Jayachandran 的說法，神經元會接收到兩種不同的信號，其中一個輸入是一只逼近的蝗蟲影像落在作為躲避方的蝗蟲眼睛上，入侵的蝗蟲越接近，圖像越大，激發(fā)信號越強；而另一個輸入是入侵蝗蟲相對于躲避蝗蟲的角速度變化。

Jayachandran 說：“因為神經元有兩個分支，蝗蟲計算出這兩個輸入信號的變化，然后意識到有東西會發(fā)生碰撞。所以躲避方的蝗蟲改變了方向。”