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受蚂蚁视觉导航能力启发,荷兰科学家开发可自主导航微型机器人

2024-07-21科学

7 月 20 日消息,微型机器人、微型无人机等产品拥有大量潜在用途,例如在灾区搜救幸存者、在危险环境中进行侦察、为农作物授粉等,它们需要自主飞行至特定区域再返回基地。但因其机载能力有限,无法携带传感器、处理器等又重又耗电的设施,所以这些微型智能设备的导航能力受到了严重限制。

综合 NEW ATLAS、央视新闻今日报道,荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft)的科学家们研究了蚂蚁和其他觅食昆虫,并从这类昆虫的 视觉导航能力 中受到了启发。

根据此前研究,蚂蚁等昆虫可将对自身移动的「里程测量」与基于「快照」的视觉引导行为结合起来,从而为自己「导航」。在行进过程中, 蚂蚁会利用自身视觉系统不定时地拍摄周边环境「快照」 ,用作重新找到这些位置的依据。

而抵达此前拍摄「快照」的对应位置后, 蚂蚁又会将当前的视觉感知与「快照」比较 ,并移动至所见环境与「快照」之间差异最小的地方,可使其自己导航返回到此前拍摄「快照」的位置。如此往复,直至其抵达巢穴。

在 Tom van Dijk 和 Guido de Croon 两名教授的带领下,TU Delft 团队将这一原理应用于一款 56 克的微型四旋翼无人机 ,并为其配备了一台全向相机。当然,空中无人机不会像蚂蚁那样行走,因此无法计算步数。

「为了测距,我们的无人机采用类似蜜蜂的方法,通过光流计算运动,」de Croon 解释说。「为此,我们的机器人有一个小型向下摄像头,跟踪视觉场中物体通过的速度。」

在返程途中,一旦无人机确定已按照记录的距离 / 方向从一个记录的「快照」出发,它会将当前摄像头图像与下一个记录的快照进行比较。考虑到无人机在返回途中不可避免会有一些漂移,它会修正航向,直到所见场景与「快照」几乎 完全匹配

在室内环境中以这种方式导航,无人机能够自主沿着一条曲折的 100 米障碍路线返回基地,使用的内存仅为 1.16KB。

相关论文已经在美国【科学机器人学】杂志上发表,附链接:点此前往