Робот с 6 крака се взира в небето, за да се движи като мравка в пустинята


В случай, че сте завиждаше на пустинята Cataglyphis fortis напоследък не. Копаещи около Сахара, насекомото претърпява толкова брутални температури, че понякога може да се справи само с нахлуването в продължение на 15 минути, преди да изгори до смърт. Влошавайки нещата, топлината унищожава феромонните следи от химикали, които мравките обикновено лежат един за друг, за да се движат. Изгубете се тук и сте буквално приготвени.

Съответно, мравките в пустинята са еволюирали суперсили. Те търсят характерни ленти от поляризирана светлина, излъчвани от слънцето, които ние, хората, не можем да видим, за да получим тяхната опора. Те също преброяват стъпките си, за да забият изминатото разстояние, което ги прави фитнес следи от света на насекомите. Комбинирайки тези два източника на информация, мравките могат да зиг-загват през пустинята в търсене на вкусни мъртви насекоми и все още да намерят пътя си у дома със забележителна точност.

Dupeyroux et al., Sci. Робот. 4, eaau0307 (2019)

Усещането за поляризирана светлина е незаменим умение за мравките и може би скоро ще служи и на роботи и автономни автомобили. Изследователи от университета Aix-Marseille във Франция докладват днес Научна роботика че са създали шестикрак робот, на име AntBot, за да намерят пътя си точно като мравка в пустинята. Не, че вашият robocar на бъдещето ще се движи по този начин сам, а чрез използване на поляризирана светлина, машините биха могли да добавят полезно усещане за увеличаване на непостоянните системи като GPS.

Dupeyroux et al., Sci. Робот. 4, eaau0307 (2019)

Тъй като не можем да видим поляризирана светлина от слънцето, тя може да ни изглежда неинтуитивна за нищожните хора. По принцип това е определена посока на разпространение на светлината. „Опитайте се да си представите, че в небето има линии, ориентирани в определена посока, в зависимост от позицията на слънцето“, казва биороботикът Стефан Виолет, съавтор на новата хартия. – В небето има образец и този модел се използва от мравка за измерване на заглавието. – Това е като масивна карта, рисувана по небето. Както можете да видите в този удобен видеоклип, филтрите могат да изложат на човешкото око това, което мравките виждат естествено.

За да видите като мравка в пустинята, AntBot използва изненадващо прост сензор, известен като небесен компас. Той има два фотодиода, които превръщат поляризираната ултравиолетова светлина в електрически сигнали. "Това е абсолютно неконвенционална визия", казва водещият автор на изследването Жулиен Дупейро. "Това са много минималистични сензори."

НАУЧЕТЕ ПОВЕЧЕ

WIRED Ръководство за роботи

Това е първата информация, от която се нуждае роботът. Втората е изминатото разстояние, което е лесно: AntBot също ще преброи стъпките си, точно както музата му в пустинята. Мравките също обучават част от очите си на земята, за да получат представа за тяхната скорост, която се комбинира с броя на стъпките, за да се даде на животното представа за това колко далеч е пътувал и следователно колко далеч ще трябва да се върне назад към гнездото. AntBot прави това и с нещо, наречено оптичен сензор за потока – основно, разделяйки колко бързо се движи земята през окото.

„Нужни са само две части от основната информация“, казва Виолет. – Нуждаете се от заглавието си и се нуждаете от изминатото разстояние. Когато решите да се върнете в дома си, можете лесно да прецените позицията си по отношение на гнездото. "

Мравките трябва да бъдат изключително прецизни с този вид изчисления, защото няма място за грешка в пламтящата пустиня. Оказва се, че AntBot също може да управлява невероятна точност, особено като се има предвид колко проста е нейната сензорна техника. За да го изпробват, изследователите програмирали робота да „фуражи“ много подобно на пустинен мравка – това е по-скоро зигзаг, отколкото да тръгне направо в една посока.

Dupeyroux et al., Sci. Робот. 4, eaau0307 (2019)

Обърнете внимание на фигурата по-горе. Вляво е хода на мравка, по-тънката линия е нейният изходящ път и по-дебелата, по-права линия се връща вкъщи. Вдясно е опитът на робота (твърдите точки на пътеката са там, където е спрял, за да се изравни). В експерименти на открито, AntBot успява да пътува почти 50 фута, но все пак се връща към началната си точка с точност по-малка от половин инч.

Идеята, която се движи напред, е да се адаптира тази система като допълнение към други роботизирани сетива, като традиционното машинно зрение и лидар (което картира средата, като я покрива с лазери). И двете са изчислително и енергийно скъпи, но сензорите на AntBot са много по-малко интензивни – не забравяйте, че само два пиксела гледат за UV поляризирана светлина. Плюс това, този вид навигация работи дори когато е облачно навън, защото UV светлината може да проникне в облаците.

Това може да помогне и за компенсиране на ограниченията на GPS, които са особено проблематични за автомобилите със самостоятелно управление. „В градовете има много метални конструкции и това нарушава магнитното поле“, казва Юлиен Серес, съавтор на хартията. "Смятаме, че добавянето на този вид визуален сензор може да помогне да се получи надеждна информация за автопилота."

За роботите по-широко този подход е друг пример за това как естественият свят може да предложи дизайнерски идеи за преодоляване на недостатъците на съществуващата технология. Естественият подбор не се поддава на загуба на енергия – съществата са оптимизирани да използват като цяло възможно най-малко като въпрос на оцеляване. Пустините мравки не са изключение. Това, което тези изследователи са направили, е да се възползва от високо енергийно ефективния начин за усещане на света, който след това те могат да подобрят.

"Мисля, че това е стратегия, която работи много добре", казва Джереми Фишел, съосновател и технически директор на SynTouch, която е разработила система, която дава на роботите сила на допир. "Изучавате биологията, а след това го пренасяте в изкуствения свят, а след това можете да повторите много бързо." Това означава, че тези изследователи могат да вземат система, която естественият подбор е внимателно хонинговал в продължение на хилядолетия, и по-нататъшно настройване за робот ,

Така че тук е до мрака на пустинята, трудещ се в ада и по невнимание помага на роботите да навигират в този наш голям и лош свят.


Още страхотни истории