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蚂蚁视觉系统助力微型机器人自主导航

汉斯出版社

2024-07-23

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蚂蚁等一些昆虫有很强的“识途”能力，即使远行也能顺利找到“回家”的路。荷兰代尔夫特理工大学的研究人员日前在美国《科学·机器人学》杂志上发表论文说，他们从蚂蚁等昆虫的视觉导航能力获得启发，创建出一种适用于微型、轻型机器人的仿昆虫自主导航策略。

对于微型机器人来说，自主导航是个难题。自动驾驶汽车等较大型人工智能设备所搭载的传感器、处理器等相对较重且耗电量大，微型机器人无法携带；全球定位系统（GPS）在室内难以使用，处于有遮挡的城市环境中可能导致定位不准。

研究人员想到了从一些同样体型微小却具有“识途”能力的昆虫那里寻求灵感。此前研究已知，蚂蚁等昆虫能把对自身移动的“里程测量”与基于“快照”的视觉引导行为结合起来为自己导航。在行进中，蚂蚁会利用其视觉系统不时为周边环境拍“快照”，作为重新找到这些位置的依据。当到达“快照”位置附近，它们会将当前视觉感知与“快照”比较，并移动到两者之间差异最小化的地方，这使得它们能自己导航返回此前拍“快照”的位置。

基于这一原理，研究人员研发出采用“快照”导航模式的微型机器人——重量仅56克、名为“CrazyFlie”的小型无人机。它配有全向摄像头，能结合“里程测量”找到自己留下“快照”的各个位置，可实现长达100米距离的自主返航。其所有视觉处理都集中在一个被称为“微控制器”的微型计算机上完成，这种计算机常见于许多便宜的电子设备中。

研究人员表示，受昆虫启发的自主导航策略有助于推动微型机器人在真实场景的广泛应用，比如可用于仓库库存跟踪监控或温室作物监测等，小型无人机则能自主飞出去收集数据并返回基站。