螞蟻“快照識途”助力微型機器人自主導航

螞蟻等一些昆蟲有很強的“識途”能力，即使遠行也能順利找到“回家”的路。荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員日前在美國《科學·機器人學》雜志上發表論文說，他們從螞蟻等昆蟲的視覺導航能力獲得啟發，創建出一種適用于微型、輕型機器人的仿昆蟲自主導航策略。

重量從幾十克到幾百克不等的微型機器人有巨大的應用潛力。小巧的體型使它們能在狹窄區域靈活移動，并可以實現大規模部署，例如可用于在溫室中檢測早期病蟲害等。

然而，對于微型機器人來說，自主導航是個難題。自動駕駛汽車等較大型人工智能設備所搭載的傳感器、處理器等相對較重且耗電量大，微型機器人無法攜帶；全球定位系統（GPS）在室內難以使用，處于有遮擋的城市環境中可能導致定位不準。

研究人員想到了從一些同樣體型微小卻具有“識途”能力的昆蟲那里尋求靈感。此前研究已知，螞蟻等昆蟲能把對自身移動的“里程測量”與基于“快照”的視覺引導行為結合起來為自己導航。在行進中，螞蟻會利用其視覺系統不時為周邊環境拍“快照”，作為重新找到這些位置的依據。當到達“快照”位置附近，它們會將當前視覺感知與“快照”比較，并移動到兩者之間差異最小化的地方，這使得它們能自己導航返回此前拍“快照”的位置。

基于這一原理，研究人員研發出采用“快照”導航模式的微型機器人——重量僅56克、名為“CrazyFlie”的小型無人機。它配有全向攝像頭，能結合“里程測量”找到自己留下“快照”的各個位置，可實現長達100米距離的自主返航。其所有視覺處理都集中在一個被稱為“微控制器”的微型計算機上完成，這種計算機常見于許多便宜的電子設備中。

研究人員表示，受昆蟲啟發的自主導航策略有助于推動微型機器人在真實場景的廣泛應用，比如可用于倉庫庫存跟蹤監控或溫室作物監測等，小型無人機則能自主飛出去收集數據并返回基站。