@ 2019.02.19 , 00:15

首个不需要GPS导航就能自由移动的机器人

译者:延边杀手居的小蛇
原文:https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190213142705.htm

沙漠蚁这种生物是优秀的向导员,研究人员从这些蚂蚁身上获得灵感然后发明了蚂蚁机器人。蚂蚁机器人是首个不需要GPS导航或者地图就能探索任意环境并且回家的机器人。这项成果为无人驾驶车辆和机器人导航提供了新的策略。

首个不需要GPS导航就能自由移动的机器人
Credit: Julien Dupeyroux, ISM (CNRS/AMU)

虽然人类的眼睛对偏振光和紫外线并不敏感,但是蚂蚁可不同,它们可以用这些肉眼看不见的光确定自己的位置。其中沙漠箭蚁(Cataglyphis desert ants 以下称为沙漠蚁)可以在在阳光下找到巢穴以外几百米的食物并且原路返回,并且它们不能使用信息素。它们出色的导航天赋来源于它们特有的“天体指南针”(celestial compass[1]),“天体指南针”可以通过天空中的偏振光确定自己的方位,而确定自己行动的距离则是通过简单的数步数再加上通过眼睛测量相对于太阳的运动速度。只要获得了正确的方位和距离它们便能顺利的返回巢穴。

蚂蚁机器人是一种全新的机器人设计,由法国国家科学研究中心(CNRS)和艾克斯马赛大学(AMU)在ISM的研究人员发明。它可以复制沙漠蚁出的色导航能力,如同沙漠蚁,它搭载了一个光学指南针用来测定方位以及一个指向太阳的光学运动传感器用来测量移动距离。通过实验,蚂蚁机器人可以像沙漠蚁一样探测自己所在的环境并回到自己本来的位置。在实验中机器人在移动14米后返回,与原来的位置误差小于1厘米。蚂蚁机器人仅重2.3千克,并且有六条腿,这六条腿允许机器人在复杂的环境中移动相比于轮式机器人和无人机而言(灾区、崎岖地形、外星球土壤)。

科学家研制的光学罗盘对天空的偏振光和紫外线辐射非常敏感。使用这个"天体指南针”,蚂蚁机器人可以在晴天或多云天气以0.4°的精度测量其方位。极简传感器实现的精度导航证明了仿生机器人领域具有巨大的的潜力。通过研发蚂蚁机器人我们获得了三项成果,成功发明一种新型机器人,创新设计了非常规的光学传感器,并且生物学家通过的模仿这种动物获得了对沙漠蚂蚁如何导航的新理解。但是在实际应用到不同领域之前必须解决另一些问题,例如如何在夜间或更长距离上操作该机器人。

[1] 天体指南针:这个罗盘只有两个传感器,两个顶部偏振滤光片,相当于由两行374像素组成的光学传感器。机械地转动过滤器是一项新的仿生学创新,它大大降低了传感器的生产成本,从78000欧元降低到几百欧元。

新闻来源:CNRS提供的内部资料
杂志引用:J. Dupeyroux, J. R. Serres et S. Viollet. AntBot: a six-legged walking robot able to home like desert ants in outdoor environments. Science Robotics, 2019 DOI: 10.1126/scirobotics.aau0307


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