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2019年02月20日 星期三
没有GPS和地图靠什么导航? “机器蚂蚁”利用阳光就能回家

  重量:2.3千克 最大行走速度:90厘米/秒 光学罗盘:通过偏振光确定方向 光移动传感器:测量移动距离

  机器蚂蚁

  从生活在撒哈拉沙漠的箭蚁获得启发,法国科研人员开发出一款可以认路的“机器蚂蚁”,仅利用阳光就能找到归路。这是首款无需全球定位系统(GPS)就可以自由探索周围环境并自动返回的行走机器人。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。

  导航原理

  模仿沙漠蚂蚁,利用“天体指南针”定位

  多数昆虫依靠分泌信息素导航,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。

  参与新研究的法国生物机器人专家斯特凡·维奥莱解释说,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。其次,通过计算其步数和光流来确定行进的距离。

  研究人员发现,沙漠蚂蚁导航能力超级强大,它们可以在强敌环伺的环境中觅食数百米,然后直线返回巢穴。受此启发,研究人员开发出装有“光学罗盘”和“光移动传感器”的“机器蚂蚁”。

  研究进展

  漫步14米后“直线”返回起点,误差只有1厘米

  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”重量只有2.3千克,直径为45厘米,六足,每条腿有3个自由度,完全由3D打印,可以达到约90厘米/秒的最大行走速度。它可以走“之字形”漫步14米后,以趋近直线的方式返回起点,最终误差仅约1厘米。

  距离和航向,是研究人员在沙漠蚂蚁身上学到的两个基本信息,也是“机器蚂蚁”的两大基础。“机器蚂蚁”上安装的“光学罗盘”可通过两个光电二极管将太阳发出的紫外偏振光转化为电信号;“光移动传感器”可通过步数、机器与地面相对速度等确定移动距离。将移动方向和距离合并计算后,“机器蚂蚁”就能确定当前相对于起点的位置。

  因为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。

  实际应用

  可在崎岖地形作业,对无人驾驶技术提供补充

  拥有六只脚的“机器蚂蚁”运动灵活性高,可在轮式机器人和无人机无法工作的复杂环境中作业,如灾区、崎岖的地形、外星土壤等。

  研究人员说,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。“我们正同一家汽车制造商合作,将我们的‘天文罗盘’装到无人驾驶车辆上。”维奥莱说,未来还需探索如何在夜间及更长距离下使用这种技术。        综合新华社、科技日报等

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