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甲蟲利用銀河系導航搬運糞便,將啟發無人機、衛星升級導航系統

2024-08-23科學

一種1.3億年前前進演化的昆蟲物種啟發了一項新研究,旨在改進無人機、機器人和軌域衛星的導航系統。

蜣螂是已知的第一個在夜間利用銀河系導航的物種,它以星座為參考點,將糞球沿直線捲動,遠離競爭對手。

瑞典研究人員於2013年發現了這一現象,十年後,澳洲工程師模擬了蜣螂所使用的相同技術,開發出了一種人工智能傳感器,可以在弱光條件下準確測量銀河系的方向。

南澳洲大學遙感工程師Javaan Chahl教授和他的博士生團隊利用電腦視覺證明,與單個恒星不同,形成銀河系的大型光帶不會受到運動模糊的影響。

「夜間活動的蜣螂在田野裏捲動糞球時,頭部和身體會劇烈擺動,它們需要在夜空中找到一個固定的方位點,幫助它們沿直線行進,」Chahl教授說。「它們的復眼很小,很難分辨單個星星,尤其是在運動時,而銀河系卻清晰可見。」

南澳洲大學的研究人員利用安裝在車頂的網絡攝影機進行了一系列實驗,在車輛靜止和移動時拍攝了銀河系的影像。利用這些影像中的資訊,他們開發了一種電腦視覺系統,可以可靠地測量銀河系的方向,這是構建導航系統的第一步。

他們的研究成果發表在【仿生學】雜誌上。

主要作者、南澳大學博士生陶逸婷(音)表示,方向傳感器可以作為穩定衛星的備用方法,幫助無人機和機器人在弱光條件下導航,即使在因運動和振動而造成大量模糊的情況下也是如此。

「下一步,我想將演算法放到無人機上,讓它在夜間控制飛機的飛行。」陶說。

太陽幫助許多昆蟲在白天導航,包括黃蜂、蜻蜓、蜜蜂和沙漠螞蟻。在夜晚,月亮也為夜行昆蟲提供了參考點,但它並不總是可見的,這就是為什麽蜣螂和一些飛蛾使用銀河系來定位。

Chahl教授表示,昆蟲的視覺長期以來一直為導航系統的工程師們提供著啟發。

「數百萬年來,昆蟲一直在解決導航問題,包括那些連最先進的機器都難以解決的問題。而且它們在很小的範圍內就做到了。它們的大腦由數萬個神經元組成,而人類的大腦則有數十億個神經元,但它們仍然設法從自然界中找到解決方案。」