昆虫大脑可以帮助无人机群找到回家的路

多年来，科幻小说作者和现实世界的机器人研究者都梦想着未来，数十甚至数百个微型、虫子大小的无人机协同工作，自主勘测广阔的区域。但有一个问题。这些手持式轻型机器缺乏处理能力和承载能力，无法让无人驾驶汽车和其他大型机器人独立导航。荷兰代尔夫特理工大学 (TU Delft) 的研究人员现在相信，他们可能已经找到了解决这一难题的方法，而这个方法始于不起眼的蚂蚁。

蚂蚁和昆虫一直以来都让生物学家着迷，因为它们能够长途跋涉寻找食物和资源，并且凭直觉知道如何回家。栖息在撒哈拉沙漠的沙漠蚂蚁可以远离巢穴行走两公里以上而不会迷路。蜜蜂的行走距离几乎是它们的两倍，而且它们的大脑比一粒米还小。研究人员推测，蚂蚁可以通过计算步数和利用“快照模型”来导航，即它们在脑海中拍摄周围环境的照片。之后，在旅行时，昆虫会尝试将周围的视觉效果与存储的快照进行匹配，直到它们匹配为止。结果是一种使用最少的记忆和脑力进行非常有效的导航方式。

7 月 17 日，代尔夫特理工大学的研究人员在《科学机器人》杂志上撰文称，他们想看看能否将昆虫世界的观察结果应用到配备微型摄像头和廉价处理器的 56 克飞行无人机上。研究人员创建了一个室内障碍赛道和几张快照图像供无人机参考。快照之间的距离尽可能大，以确保减少无人机必须存储的总图像量。这反过来意味着无人机需要更少的内存容量。

一旦部署，这些极简无人机就能根据内存存储的快照进行导航，并像链环一样在赛道上从一个点移动到另一个点，最后返回基地。最后，无人机仅使用 0.65 千字节内存就成功地绕赛道行驶了 100 米。这款受昆虫启发的机器人完成赛道所需的所有视觉计算都发生在廉价消费电子产品中常见的微控制器上。

研究人员写道：“实验表明，即使是微型机器人也可以自主导航。”

德尔特理工大学教授、论文作者 Tom van Dijk 将快照过程与童话《汉塞尔和格莱特》进行了比较，其中汉塞尔扔下面包屑和石头来帮助这对情侣找到回家的路。

“当汉塞尔往地上扔石头时，他可以回家。然而，当他扔面包屑时，小鸟们吃掉了面包屑，汉斯和格莱特就迷路了，”范戴克在一份声明中说。“在我们看来，石头就是快照。”

“就像石头一样，要使快照成功，机器人必须足够靠近快照位置，”范迪克补充道。“如果视觉环境与快照位置的差异太大，机器人可能会朝错误的方向移动，并且再也回不来了。”

受虫子启发的无人机可以部署在偏远、难以到达的地区

快照实验有朝一日可以帮助大量小型无人机自主导航，而无需笨重、复杂的传感器或 GPS 等外部基础设施。这种简单性在人口密集的城市地区或偏远的洞穴中非常有用，因为这些地方可能无法使用 GPS 功能。配备摄像头的自主导航微型无人机群可用于监测农作物是否有感染的早期迹象、跟踪仓库中的库存，甚至可以挤进狭小的区域协助搜索和救援行动。包括美国在内的各国军事力量也已在测试在战场上部署不同规模的无人机群的方法。虽然它们娇小的体型使它们无法配备一些大型机器人上的激光雷达或其他强大的 3D 测绘传感器，但代尔夫特理工大学的研究人员认为，对于许多用例来说，这种功率可能过于强大。

“对于许多应用来说，这可能已经足够了，”德尔特理工大学仿生无人机教授、论文合著者 Guido de Croon 表示。

他补充道：“提出的受昆虫启发的导航策略是将微型自主机器人应用于现实世界的重要一步。”