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受沙漠蚂蚁启发,科学家开发出不需 GPS 便可导航回家的步行机器人

2024-11-23 208

受沙漠蚂蚁的启发,法国国家科学研究中心(CNRS)和艾克斯马赛大学(AMU)团队设计出第一个不须 GPS 就可随机探索环境并自己返家的机器人“AntBot”,这项工作为自驾车和机器人技术导航开辟了新战略。

人眼对偏振光(polarized light)和紫外线辐射不敏感,但对名为 Cataglyphis 的沙漠蚂蚁来说,这些光线正好可用来定位自己在哪里,并找到返家的路。

由于沙漠环境的炎热使动物无法用费洛蒙标注,Cataglyphis 为了确保出外寻找食物后回程不会迷路,它们会使用天空的偏振光透过简单的计算步骤来测量航向,再运用眼睛对太阳运动速度的光学测量来确认距离。

透过这种称为路径整合(path integration)的过程,将距离和航向两个基本资讯结合,没有费洛蒙的协助,Cataglyphis 外出寻找食物后也能顺利返回巢穴。

为了让 AntBot 有相同能耐,团队配置了一个光学罗盘来透过偏振光确定航向,并透过指向太阳的光学运动感测器来测量涵盖的距离。有了这些资讯,AntBot 证明能像沙漠蚂蚁一样探索环境并返回基地,在 14 米的涵盖距离中精确到 1 公分。

AntBot 的重量只有 2.3 公斤,有 6 英尺高的移动性,可在复杂环境移动,像是灾区、崎岖地形或探索外星土壤等,而这些地方正好轮式机器人和无人机难以运用。

在类似蚂蚁遇到的光照条件下,AntBot 整个归巢轨迹记录的误差小至 0.67%,研究团队认为,这种极简感测器做到的导航精确度证明,生物启发机器人技术有巨大的创新能力,未来或许有机会探索其他领域的潜在应用。

  • The first walking robot that moves without GPS

(首图来源:CNRS/Julien Dupeyroux)

2019-03-10 16:31:00

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