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受螞蟻視覺導航能力啟發,荷蘭科學家開發可自主導航微型機器人

2024-07-21科學

7 月 20 日訊息,微型機器人、微型無人機等產品擁有大量潛在用途,例如在災區搜救幸存者、在危險環境中進行偵察、為農作物授粉等,它們需要自主飛行至特定區域再返回基地。但因其機載能力有限,無法攜帶傳感器、處理器等又重又耗電的設施,所以這些微型智能器材的導航能力受到了嚴重限制。

綜合 NEW ATLAS、央視新聞今日報道,荷蘭代爾夫特理工大學(TU Delft)的科學家們研究了螞蟻和其他覓食昆蟲,並從這類昆蟲的 視覺導航能力 中受到了啟發。

根據此前研究,螞蟻等昆蟲可將對自身移動的「裏程測量」與基於「快照」的視覺引導行為結合起來,從而為自己「導航」。在行進過程中, 螞蟻會利用自身視覺系統不定時地拍攝周邊環境「快照」 ,用作重新找到這些位置的依據。

而抵達此前拍攝「快照」的對應位置後, 螞蟻又會將當前的視覺感知與「快照」比較 ,並移動至所見環境與「快照」之間差異最小的地方,可使其自己導航返回到此前拍攝「快照」的位置。如此往復,直至其抵達巢穴。

在 Tom van Dijk 和 Guido de Croon 兩名教授的帶領下,TU Delft 團隊將這一原理套用於一款 56 克的微型四旋翼無人機 ,並為其配備了一台全向相機。當然,空中無人機不會像螞蟻那樣行走,因此無法計算步數。

「為了測距,我們的無人機采用類似蜜蜂的方法,透過光流計算運動,」de Croon 解釋說。「為此,我們的機器人有一個小型向下網絡攝影機,跟蹤視覺場中物體透過的速度。」

在返程途中,一旦無人機確定已按照記錄的距離 / 方向從一個記錄的「快照」出發,它會將當前網絡攝影機影像與下一個記錄的快照進行比較。考慮到無人機在返回途中不可避免會有一些漂移,它會修正航向,直到所見場景與「快照」幾乎 完全匹配

在室內環境中以這種方式導航,無人機能夠自主沿著一條曲折的 100 米障礙路線返回基地,使用的記憶體僅為 1.16KB。

相關論文已經在美國【科學機器人學】雜誌上發表,附連結:點此前往