近年來(lái)，世界各地的研究人員一直在嘗試開(kāi)發(fā)可在機(jī)器人和機(jī)器中重現(xiàn)人類(lèi)或動(dòng)物行為的計(jì)算技術(shù)。例如，這包括人腦的結(jié)構(gòu)和功能，蜂群的交流能力，特定魚(yú)類(lèi)或兩棲動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式等。

在先前研究成果的基礎(chǔ)上，弗吉尼亞理工大學(xué)和馬里蘭大學(xué)的研究人員最近推出了一種仿真框架，該框架可用于在四旋翼無(wú)人機(jī)中重現(xiàn)蝙蝠的行為。這種模型是在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中提出的，它是由生物聲波感測(cè)專(zhuān)家RolfMüller，統(tǒng)計(jì)學(xué)家Wu Xiaowei和Zhu Hongxiao以及計(jì)算機(jī)科學(xué)家Pratap Tokekar(由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)資助)合作開(kāi)發(fā)的)。

“我們的總體想法是制造能夠在復(fù)雜的自然環(huán)境中導(dǎo)航的同時(shí)重現(xiàn)蝙蝠行為的無(wú)人機(jī)”，朱told告訴TechXplore。“在這項(xiàng)特殊的研究中，我們的主要目標(biāo)是建立一個(gè)計(jì)算框架，以模擬蝙蝠的感應(yīng)環(huán)境，并產(chǎn)生用于訓(xùn)練和測(cè)試目的的模擬生物聲納信號(hào)。”

Zhu和她的同事們開(kāi)發(fā)的模擬框架包括一個(gè)用樹(shù)木模擬隨機(jī)森林幾何形狀的模型和一個(gè)生成生物聲波信號(hào)的模型。生物聲納信號(hào)是蝙蝠和其他動(dòng)物(包括鯨魚(yú)和海豚)產(chǎn)生的短音。這些聲音會(huì)產(chǎn)生回聲，其中包含有關(guān)周?chē)h(huán)境的有價(jià)值的信息，有助于動(dòng)物的航行以及狩獵和覓食。

新框架的第一個(gè)組件是提供有關(guān)隨機(jī)環(huán)境的詳細(xì)信息的模型。第二個(gè)組件模仿了生物機(jī)制，該機(jī)制使蝙蝠可以進(jìn)行生物聲納引導(dǎo)導(dǎo)航，并產(chǎn)生模擬回聲，其中包含有關(guān)機(jī)器人周?chē)h(huán)境的信息。

朱及其同事設(shè)計(jì)的模擬方法具有一些獨(dú)特的功能和優(yōu)勢(shì)。最引人注目的之一是它允許隨機(jī)模擬重復(fù)運(yùn)行，因此它可以產(chǎn)生豐富的感官數(shù)據(jù)，而使用更傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法則很難收集到這些數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)研究的共同研究人員托克卡爾對(duì)TechXplore表示：“迄今為止，機(jī)器人技術(shù)的主要成功是在受限制的結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，例如倉(cāng)庫(kù)和工業(yè)環(huán)境。” “在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境(例如森林和茂密的植被區(qū))中使用無(wú)人機(jī)引起了很多興趣。僅舉兩個(gè)例子：DARPA最近完成了其快速，輕便，自主計(jì)劃，該計(jì)劃的重點(diǎn)是敏捷無(wú)人機(jī)在森林環(huán)境中運(yùn)行，而陸軍研究實(shí)驗(yàn)室宣布了一項(xiàng)新計(jì)劃，即SARA，其目標(biāo)非常相似。”

根據(jù)托克卡(Tokekar)的觀點(diǎn)，自然界提供了無(wú)數(shù)的行為示例，這些行為如果被人工復(fù)制，將在機(jī)器人應(yīng)用程序中非常有用。他們的研究重點(diǎn)是在蝙蝠中觀察到的生物聲納輔助導(dǎo)航能力，可以專(zhuān)門(mén)幫助增強(qiáng)飛行機(jī)器人的導(dǎo)航和物體檢測(cè)能力。

將來(lái)，Zhu，Tokekar及其同事開(kāi)發(fā)的仿真平臺(tái)可用于在自主四旋翼無(wú)人機(jī)中復(fù)制這種特殊的蝙蝠行為。此外，它還可以幫助研究人員評(píng)估和比較模擬環(huán)境中蝙蝠啟發(fā)的不同導(dǎo)航算法。

“我們工作最有意義的方面是，它提供了一個(gè)方便的平臺(tái)，用于訓(xùn)練和測(cè)試無(wú)人機(jī)用生物啟發(fā)式機(jī)器人算法，”朱說(shuō)。“在接下來(lái)的研究中，我們計(jì)劃通過(guò)使用在此框架中生成的Biosonar數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練和測(cè)試用于不同導(dǎo)航任務(wù)的機(jī)器人算法。”