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向蚂蚁学习!六足机器人可利用偏振太阳光实现精确导航

2019-02-14网络整理阅读:156评论:

雷锋网消息,一直以来,昆虫凭借其非常迷你的神经结构和传感能力,实现了非常高超的智力和能力,给人们留下了非常深刻的印象。昆虫必须进化的非常聪明,才能适应各种具有挑战性的环境,沙漠蚂蚁就是一个很好的例子。

大多数蚂蚁都是依靠信息素追溯气味痕迹来导航,但沙漠的炎热环境意味着信息素无法维持很长时间,而沙漠蚂蚁则是依赖于计步、光流、地标和太阳来进行导航。这些技术对用于探索太阳系的微型机器人来说非常适用,因为太阳系中没有GPS导航,机器人的尺寸和能源也无法支撑复杂的大型精密传感器。

在今天的《科学机器人》杂志上,研究人员讲述了如何应用从沙漠蚂蚁身上获得的灵感为机器人构建导航工具,让它在没有GPS、SLAM等复杂系统的情况下四处漫游后仍然能找到回家的路。

首先来看看沙漠蚂蚁是如何导航的,一般来说,它们使用的系统叫做“路径整合”,本质上和我们所说的“航迹推算”是一样的。通过跟踪蚂蚁在一段时间内走过的距离和方向,它们可以计算出返回起点的最直接路径。如果蚂蚁向北移动一段距离,然后向东移动两倍距离,它就能知道通过向南和向西行进最终接近其起始位置,并且一旦它接近就可以直观地识别地标,以准确回到它的巢穴。

沙漠蚂蚁在这方面非常擅长,如下图所示,在大约20分钟的旅行之后,这个不足1厘米长的蚂蚁在短短六分钟内就能大致画出一条直线,直接回到自己600米外的巢穴。

向蚂蚁学习!六足机器人可利用偏振太阳光实现精确导航

为了使路径集成起作用,蚂蚁必须跟踪距离和方向。距离是其中比较容易的一个,因为蚂蚁可以使用步数和光流的组合,但方向是一个棘手的问题,众所周知,蚂蚁和其他昆虫可以使用太阳来导航,跟踪其在天空中的位置,修正地球自转的影响以及随之而来的太阳随时间的表观运动。这不仅在晴天时起作用,蚂蚁的眼睛有对偏振光敏感的光感受器,即使在阴天时也能指示太阳的方向,另外蚂蚁对紫外线也很敏感,能透过云层和树叶看到阳光。

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