一种源于1.3亿年前的昆虫物种引发了一项新的研究项目,旨在增强在无人机、机器人和太空卫星中的导航系统。
粪甲虫是已知的最早利用银河系在夜间导航的昆虫,使用特定的星座作为导向工具,在直线方向上滚动粪球,以避免竞争。
瑞典研究人员在2013年发现了这一点,而十年后,澳大利亚的工程师正在复制粪甲虫的方法,以创建一个能够在微弱光线条件下准确检测银河系方向的人工智能传感器。
南澳大利亚大学的远程感知工程师Javaan Chahl教授及其博士生团队利用计算机视觉揭示,银河系的亮光带在运动模糊影响下仍保持不变,与单个星星不同。
“夜行的粪甲虫在穿越地形时展现出显著的头部和身体运动,需要一个稳定的夜空参考点来保持直线行进,”Chahl教授解释道。“它们的小复眼使得在运动时识别单个星星变得困难,但银河系却很容易被察觉。”
UniSA团队进行了系列实验,使用安装在车辆顶部的相机,在车辆静止和移动时拍摄银河系的图像。通过这些图像,他们创建了一个有效测量银河系方向的计算机视觉系统,标志着开发导航系统的重要一步。
他们的研究已在期刊《生物仿生学》中发表。
该研究的主作者、南澳大利亚大学的博士生Tao Yiting指出,这种方向传感器可以作为卫星稳定的备用装置,并帮助无人机和机器人在低光环境中的导航,即使在因运动和抖动造成的模糊情况下。
“下一阶段,我的目标是将算法实施在无人机上,让它在夜间飞行时能进行导航,”Tao说。
白天,各种昆虫,如黄蜂、蜻蜓、蜜蜂和沙漠蚂蚁依赖太阳进行导航。然而在夜间,尽管月亮也可以作为参考,但并不总是可见,这就是为什么粪甲虫和某些蛾类转向银河系寻求指导。
Chahl教授强调,昆虫的视觉一直是工程师解决导航挑战的一个重要灵感来源。
“昆虫在解决导航问题上已经有数百万年的历史,甚至是那些先进机器也会面临的挑战。它们用奇迹般的小脑来完成这一切,只有几万个神经元,而人类有数十亿个神经元,但它们仍然能轻松地从自然中得出解决方案。”