没有GPS和地图靠什么导航？“机器蚂蚁”利用阳光就能回家

机器蚂蚁

从生活在撒哈拉沙漠的箭蚁获得启发，法国科研人员开发出一款可以认路的“机器蚂蚁”，仅利用阳光就能找到归路。这是首款无需全球定位系统(GPS)就可以自由探索周围环境并自动返回的行走机器人。这为研究新的、可运用于自动驾驶车辆和机器人等设备的导航方式提供了思路。

导航原理

模仿沙漠蚂蚁，利用“天体指南针”定位

多数昆虫依靠分泌信息素导航，然而撒哈拉沙漠的高温可以瞬间将这种外激素烤干，生活在这里的箭蚁因而进化出一种特殊导航能力：利用特定波段阳光的偏振光来确定方向，同时记录步数，然后合并计算出回巢的准确路径。

参与新研究的法国生物机器人专家斯特凡·维奥莱解释说，尽管人眼看不到太阳的偏振光，但可以想象一下，根据太阳位置的不同，天空中有特定方向的线条，它们像画在天空中的地图，箭蚁就是利用这些线条确定方向。其次，通过计算其步数和光流来确定行进的距离。

研究人员发现，沙漠蚂蚁导航能力超级强大，它们可以在强敌环伺的环境中觅食数百米，然后直线返回巢穴。受此启发，研究人员开发出装有“光学罗盘”和“光移动传感器”的“机器蚂蚁”。

研究进展

漫步14米后“直线”返回起点，误差只有1厘米

法国艾克斯－马赛大学和国家科学研究中心等机构研究人员在新一期美国《科学·机器人学》杂志上报告说，“机器蚂蚁”重量只有2.3千克，直径为45厘米，六足，每条腿有3个自由度，完全由3D打印，可以达到约90厘米/秒的最大行走速度。它可以走“之字形”漫步14米后，以趋近直线的方式返回起点，最终误差仅约1厘米。

距离和航向，是研究人员在沙漠蚂蚁身上学到的两个基本信息，也是“机器蚂蚁”的两大基础。“机器蚂蚁”上安装的“光学罗盘”可通过两个光电二极管将太阳发出的紫外偏振光转化为电信号；“光移动传感器”可通过步数、机器与地面相对速度等确定移动距离。将移动方向和距离合并计算后，“机器蚂蚁”就能确定当前相对于起点的位置。

因为紫外线可以穿透云层，在晴朗或多云的天气下，“机器蚂蚁”均可以精确定位。

实际应用

可在崎岖地形作业，对无人驾驶技术提供补充

拥有六只脚的“机器蚂蚁”运动灵活性高，可在轮式机器人和无人机无法工作的复杂环境中作业，如灾区、崎岖的地形、外星土壤等。

研究人员说，在城市环境中，利用GPS定位的自动驾驶技术可能因磁场干扰而产生误差，“机器蚂蚁”运用的定位技术是GPS的有力补充。“我们正同一家汽车制造商合作，将我们的‘天文罗盘’装到无人驾驶车辆上。”维奥莱说，未来还需探索如何在夜间及更长距离下使用这种技术。 综合新华社、科技日报等

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