生(shēng)物学上有一(yī)种观点(diǎn)认为,单个的蚂蚁其(qí)实是一个个器官,成群结(jié)队的时候才是一只完整的生物。用这(zhè)种想法来(lái)看待目(mù)前商用无人机的主要限制——有限的负载能力,催生(shēng)了一种(zhǒng)新的、依靠成群出动来完(wán)成任务的无人机(jī)形态。
这种无人机被设计得更(gèng)加势单力薄,因此必须完全(quán)依赖集体成为有用的个体,同时也更灵(líng)活、可(kě)用性更强。
这种(zhǒng)无人机的一个(gè)应(yīng)用(yòng)目标是,把(bǎ)人从(cóng)重复性(xìng)的(de)观察(chá)活动中解(jiě)脱(tuō)出(chū)来,同(tóng)时拓展他们的观测范围。
举个例子,像(xiàng)是(shì)监控非(fēi)法狩猎和伐木的情况,需要从较(jiào)大的视角上长期频繁观察(chá)。这项任务非常适合能够在树林中(zhōng)穿梭(suō)的小型无人机(jī),如果采(cǎi)用了集体合作的方式(shì),就能(néng)解(jiě)决负载能力有限的问题(tí)。比(bǐ)如,集体(tǐ)合作时可(kě)以让(ràng)一(yī)些无(wú)人(rén)机装载(zǎi)小型摄像(xiàng)设备,另一(yī)些装载GPS,另(lìng)一些携(xié)带二氧(yǎng)化碳探测仪等传感(gǎn)器,它们组成的集(jí)体则用(yòng)于发现潜在的人类活(huó)动迹象。
它没准会(huì)改变日后无人机应用的(de)思路(lù)。而(ér)这一(yī)切都是从社群(qún)昆(kūn)虫(chóng)身(shēn)上得到的启发。
从蚂蚁身上学习协作策略
蚂蚁社群的一个(gè)重要特点是,它们特别(bié)缺乏自我的概念,专注于做对群体最有利的事,因(yīn)此分(fèn)工协作的模型干扰因素更少。另(lìng)外(wài)它们在地上(shàng)爬动(dòng),方便观察,这让蚂蚁兵团(tuán)成为无人机协作的模仿原型之(zhī)一(yī)。
比(bǐ)如,Pratt和Vijay在(zài)合作的项目就是要了解这些蚂蚁在(zài)合作中如何决定(dìng)谁朝哪个方(fāng)向用力。Stephen Pratt是来自亚利桑那大学生命科学学院的助理教授,运营(yíng)着Pratt实验室研究蚂蚁活(huó)动;Vijay Kumar则是宾(bīn)夕法尼亚大学的(de)机械工程和应用(yòng)力学学院的(de)教(jiāo)授。他也是正在设(shè)计社(shè)群协作无人机的团队(duì)负责人(rén),在GRASP(通用机器(qì)人,自动化,传感和感应)实验室进行工作。
Pratt和(hé)Vijay设计了一(yī)个四(sì)只脚装有传感器的轻装置,引(yǐn)诱蚂蚁来运输(shū)它,借机(jī)观察它们如何当即判(pàn)断用力(lì)的方(fāng)向,并诱使它们表现(xiàn)出各自(zì)在群体中的角色。
基本上,根据他们的研究(jiū)结(jié)果,蚂蚁们(men)是通过不断地试(shì)错找到中间的平衡点(diǎn)。在协作过程中(zhōng),产生(shēng)反作用的一方会迅速调整,Vijay说(shuō)“就像几个蒙(méng)着眼睛的人搬动一(yī)张桌子(zǐ)”。
目前,Vijay已经可以把这种即时学习的策略用在陆地使(shǐ)用的机器人身上,最终他希望能(néng)够对飞行机(jī)器人起作用。
从甲壳虫身上学习飞行技(jì)巧
除了运(yùn)输策略以外,飞行的(de)技巧也是无人机(jī)从(cóng)昆虫身上学习一项内容。
加州大学伯克利分校的Michel Maharbiz认为,研(yán)究飞行就要让昆虫在飞行状态下收集(jí)数据。他在甲壳虫背上放了微(wēi)小的芯片,把电极插入(rù)大脑(nǎo)和肌肉中。通过芯片上的无线设备接受信(xìn)号,干扰(rǎo)甲(jiǎ)壳虫飞行(háng),观察它怎样(yàng)做出反(fǎn)应(yīng)、保持(chí)飞行姿态。
科学家们想要从昆虫(chóng)的活动中寻找启发,就(jiù)像过去(qù)怀特兄(xiōng)弟受到鸟类启(qǐ)发(fā)而发(fā)明了飞机一样。但(dàn)是飞机最终没有(yǒu)扑扇翅(chì)膀升空,无(wú)人机(jī)的协作同样不(bú)仅只是“仿(fǎng)生”。
当成(chéng)群的无人机从实验室环境中飞到自然环境(jìng)中(zhōng),没有了布置在(zài)室内空间各个角落里的感应设备,如(rú)何才(cái)能通过(guò)GPS方便地操作(zuò)他(tā)们进行(háng)写作,完成指定的任务?而群(qún)体(tǐ)协作的无人机,还需要(yào)一套协作方案,使它们能(néng)够通过成员位置(zhì)来(lái)独(dú)立灵活判(pàn)断任(rèn)务,而不是由中(zhōng)央控制程(chéng)序统一协调。这些都(dōu)是(shì)在研究了昆虫行为(wéi)之后,把实验室成果搬到户外(wài)之前要解(jiě)决的重(chóng)要的(de)问题。
目前的有利条件是(shì),无人机的成本——从传感器(qì)到储存芯片——已经在飞速下降。在未来(lái)监管的问题也(yě)会逐步解决。
技(jì)术成熟之后,生(shēng)物学家想要的(de)数据会由无(wú)人机(jī)大量收集(jí),就像目(mù)前的数据处理已经大(dà)量依赖数据库和云计算中心,而科学研究有可能因此经历重要的变化。

咨询(xún)航拍服务可加老(lǎo)鹰的(de)微(wēi)信laoyingfly |