與蝙蝠如何利用回聲定位來(lái)使其自身與周?chē)h(huán)境定向類(lèi)似，數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，借助代數(shù)和幾何學(xué)原理，在無(wú)人機(jī)上使用麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器也可以做到這一點(diǎn)。

普渡大學(xué)數(shù)學(xué)與電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授Mireille“ Mimi” Boutin說(shuō)，這種信號(hào)處理研究在人，水下車(chē)輛甚至汽車(chē)中都有潛在的應(yīng)用。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)系算法代數(shù)教授Boutin和Gregor Kemper致力于通過(guò)利用無(wú)人機(jī)麥克風(fēng)上的回聲來(lái)重建房間的墻壁結(jié)構(gòu)。

當(dāng)麥克風(fēng)聽(tīng)到回聲時(shí)，會(huì)記錄產(chǎn)生聲音的時(shí)間與聽(tīng)到聲音的時(shí)間之間的時(shí)間差。該時(shí)間差表示在墻壁上彈跳后聲音傳播的距離。

面臨的挑戰(zhàn)是確定哪個(gè)距離對(duì)應(yīng)于哪個(gè)墻壁，這一過(guò)程稱(chēng)為回聲排序。準(zhǔn)確地對(duì)回聲進(jìn)行分類(lèi)，可以確保所有聽(tīng)到的墻壁都真正存在。這樣，該算法不會(huì)產(chǎn)生“鬼影”墻。

這項(xiàng)研究與工程中的兩個(gè)互補(bǔ)問(wèn)題直接相關(guān)：本地化(確定環(huán)境中的位置)和映射(確定環(huán)境的形狀)。

Boutin和Kemper所做的研究證明，可以最小化四個(gè)非平面排列的麥克風(fēng)的設(shè)置，以及僅發(fā)出一個(gè)信號(hào)的揚(yáng)聲器來(lái)重建房間。他們的工作發(fā)表在《SIAM應(yīng)用代數(shù)與幾何》雜志上。

下一步將考慮其他場(chǎng)景，例如當(dāng)無(wú)人機(jī)的移動(dòng)受到限制時(shí)，或者當(dāng)無(wú)人機(jī)在移動(dòng)時(shí)聽(tīng)到連續(xù)聲音的回聲時(shí)。

實(shí)際上，這種回聲定位研究可以多種方式應(yīng)用。這樣的設(shè)備可以由人攜帶，固定在汽車(chē)上，或者甚至在水下使用。具有更多信號(hào)輸入將防止僅依靠一種類(lèi)型的輸入(例如倒車(chē)攝像機(jī))，并提高在更廣泛的條件下可以更準(zhǔn)確地檢測(cè)物體的機(jī)會(huì)。

Boutin說(shuō)：“許多工程應(yīng)用程序需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，有時(shí)您需要使用被認(rèn)為是抽象的數(shù)學(xué)領(lǐng)域的工具-在這種情況下，這是可交換代數(shù)的方法。”

“它被認(rèn)為是數(shù)學(xué)中非常抽象的部分，但是它適用于非常實(shí)際的工程問(wèn)題。這表明應(yīng)用數(shù)學(xué)和抽象數(shù)學(xué)之間的界限可能是多么不清楚，而且工程學(xué)確實(shí)是一門(mén)多學(xué)科學(xué)科。”