机器人学新突破!无需GPS,蚂蚁也能利用阳光导航认路?

发布时间:2019-02-18

在荒凉的撒哈拉沙漠,箭蚁的洞穴没有什么可识别特征,它们会通过测量太阳角度找到洞穴。通过这样做蚂蚁可以在自己巢穴不远处寻找食物。

  

据法国科研人员报道,受生活在撒哈拉沙漠的箭蚁获得启发,开发出一款可以认路的“机器蚂蚁”,不需要全球定位系统(GPS),仅利用阳光就能找到归路。这为研究新的、可运用于自动驾驶车辆和机器人等设备的导航方式提供了思路。


 


机器人学新突破!蚂蚁也能认路

 

法国艾克斯-马赛大学和国家科学研究中心等机构研究人员在新一期美国《科学·机器人学》杂志上报告说,“机器蚂蚁”是一款小型六足机器人,可以走“之字形”漫步14米后返回起点,误差只有约1厘米。此外,它能够模拟蚂蚁种群之间的协同合作行为,这些微型机器人具有个人决策能力,像一支研究小组在工作。

 

一般而言,蚂蚁认路是靠腹部分泌出一种叫追踪素的物质,通常蚂蚁出洞的时候,前边蚂蚁分泌出这种带有象征气味的追踪素,后边走的蚂蚁闻到这种气味,就能紧紧地跟上。这种追踪素的气味就成了它们前进的路标。然而撒哈拉沙漠的高温可以瞬间将这种外激素烤干,生活在这里的箭蚁因而进化出一种特殊导航能力:利用特定波段阳光的偏振光来确定方向,同时记录步数,然后合并计算出回巢的准确路径。

 

 “机器蚂蚁”能利用特定线条自动确定方向

 

“尽管人眼看不到太阳的偏振光,但可以想象一下,根据太阳位置的不同,天空中有特定方向的线条,它们像画在天空中的地图,箭蚁就是利用这些线条确定方向。”参与新研究的法国生物机器人专家斯特凡·维奥莱解释说道。

 

研究人员受到启发,开发出装有“光学罗盘”和“光移动传感器”的“机器蚂蚁”。在实验中,“蚂蚁机器人”利用这些信息,就能像沙漠蚂蚁一样,探索周围环境并在行进了14米后自行回家,精确度达1厘米。该机器人重量仅为2.3千克。

 


“机器蚂蚁”灵活性高,可在复杂环境中作业

 

由于紫外线可以穿透云层,在晴朗或多云的天气下,“机器蚂蚁”均可以精确定位。另外,拥有六只脚的“机器蚂蚁”运动灵活性高,使其可以在轮式机器人和无人机部署非常困难的复杂环境(如灾区、崎岖的地形、探索外星土壤等)中移动

 

研究人员指出,“蚂蚁机器人”也有助于科学家进一步加强对沙漠蚂蚁如何导航的理解。但在城市环境中,利用GPS定位的自动驾驶技术可能因磁场干扰而产生误差,“机器蚂蚁”运用的定位技术是GPS的有力补充,未来还需探索如何在夜间及更长距离下使用这种技术。


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