一种1.3亿年前进化而来的昆虫物种为工程师的研究提供了灵感,有望改进无人机、机器人和轨道卫星的导航系统。蜣螂(俗称屎壳郎)是已知的第一种在夜间利用银河系导航的物种,它以恒星星座作为参考点,将粪球滚成一条直线,以远离竞争对手。
图片来源:University of South Australia
瑞典研究人员在2013年获得这一发现,10年后,澳大利亚工程师正在模拟蜣螂使用的相同技术,开发出可以在低光下准确测量银河系方位的人工智能传感器。据外媒报道,南澳大学(University of South Australia)遥感工程师Javaan Chahl教授及其博士生团队利用计算机视觉技术证明,与单个恒星不同,构成银河系的大光带不会受到运动模糊的影响。
Chahl教授表示:“夜间活动的蜣螂在田地里滚粪球时,头部和身体会大幅度移动,因此需要夜空中的一个固定方位点来帮助它们直线前进。它们的复眼很小,很难分辨出单个恒星,尤其是在运动时,而银河系则非常显眼。”
在一系列实验中,南澳大学的研究人员使用安装在车辆顶部的摄像头,在车辆静止和移动时捕捉了银河系的图像。利用这些图像的信息,研究人员开发出一个计算机视觉系统,可以可靠地测量银河系的方位,而这是建立导航系统的第一步。相关研究成果已发表在期刊《仿生学》(Biomimetics)上。
该研究主要作者、南澳大学博士生Yiting Tao表示,这种方位传感器可以作为稳定卫星的备用方法,帮助无人机和机器人在低光下导航,即使在运动和振动造成大量模糊的情况下也能正常运行。
Yiting Tao表示:“下一步,我想把这种算法集成到无人机上,使其在夜间控制飞机飞行。”
太阳可以帮助许多昆虫在白天导航,包括黄蜂、蜻蜓、蜜蜂和沙漠蚂蚁。在晚上,月亮也为夜间昆虫提供了一个参考点,但它并不总是可见的,因此蜣螂和一些飞蛾利用银河系来辨别方向。
Chahl教授表示:“长期以来,昆虫视觉一直为工程师们研究导航系统提供灵感。数百万年来,昆虫一直在解决导航问题,包括那些即使是最先进的机器也难以解决的问题,而它们凭借微小的身体就做到了。与人类的数十亿个神经元相比,昆虫的大脑仅有数万个神经元,但它们仍然能够从自然界中找到解决方案。”