多年来，科幻作家和现实世界的机器人研究一直梦想着未来能出现数十架，甚至数百架微型、昆虫大小的无人机协同工作，自主勘测广阔区域。但存在一个问题。这些手持式、轻量级的机器缺乏让无人驾驶汽车和其他更大的机器人“表亲”独立导航世界的处理能力和存储容量。荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）的研究人员现在认为他们可能找到了解决这一困境的方法，而这始于不起眼的蚂蚁。
蚂蚁，以及昆虫，长期以来一直让生物学家着迷，因为它们能够进行长途旅行觅食并直观地知道如何回家。撒哈拉沙漠中的沙漠蚂蚁可以在距离巢穴两公里外而不会迷路。蜜蜂可以几乎两倍的距离通勤，而它们的大脑比一粒米还小。研究人员推测，蚂蚁可能通过计算步数并利用“快照模型”进行导航，它们本质上是拍摄周围环境的心理照片。之后，在旅行时，昆虫会试图将周围的视觉信息与存储的快照进行匹配，直到它们吻合。其结果是利用最少的内存和脑力实现了非常有效的导航方式。
7月17日，《Science Robotics》杂志刊登了代尔夫特理工大学研究人员的论文，他们试图将这些来自昆虫界的观察结果应用于一个重56克的飞行无人机，该无人机配备了一个微型摄像头和一个廉价的处理器。研究人员创建了一个室内障碍赛道，并为无人机设置了几张快照图像作为参考。快照的放置距离尽可能远，以确保减少无人机需要存储的总图像数量。这反过来意味着无人机所需的内存容量更少。
一旦部署，这些极简的无人机就能够锁定存储在记忆中的快照，并像链环一样在赛道上从一点移动到另一点，最终返回其基地。最终，该无人机仅用0.65千字节的内存就成功地在赛道上行驶了100米。这种昆虫启发式机器人完成赛道所需的全部视觉计算都发生在一种常见的微控制器上，这种微控制器通常用于廉价的消费电子产品。
“实验表明，即使是微型机器人也能自主导航，”研究人员写道。
代尔夫特理工大学教授、论文作者Tom van Dijk将快照过程比作童话故事《汉塞尔与格蕾太尔》，汉塞尔在此故事中丢下面包屑和石子来帮助他们找到回家的路。
“当汉塞尔在地上丢下石子时，他就能找到回家的路。然而，当他丢下的面包屑被鸟儿吃掉时，汉塞尔和格蕾太尔就迷路了，”van Dijk在一份声明中说。“在我们的例子中，石子就是快照。”
“就像石子一样，快照要起作用，机器人必须足够靠近快照位置，”Van Dijk补充道。“如果视觉环境与快照位置的差异太大，机器人可能会向错误的方向移动，再也回不来了。”
受昆虫启发的无人机可以在偏远、难以到达的地区部署
快照实验有一天可能有助于小型无人机群自主导航，而无需笨重、复杂的传感器或GPS等外部基础设施。这种简单性在GPS功能可能不可行的密集城市地区或偏远的洞穴中可能很有用。因此，配备微型摄像头的无人机群的自导航能力可用于监测作物早期感染迹象、仓库库存跟踪，甚至挤入狭小空间协助搜救行动。世界各地的军队，包括美国，也已经在测试部署各种大小的无人机群在战场上的方法。尽管它们的小尺寸使其无法装备某些大型机器人上的激光雷达或其他强大的3D测绘传感器，但代尔夫特理工大学的研究人员认为，对于许多用例来说，这种功能可能已经足够了。
“对于许多应用来说，这可能已经绰绰有余了，”代尔夫特理工大学生物启发式无人机教授、论文合著者Guido de Croon表示。
“提出的昆虫启发式导航策略是在将微型自主机器人应用于现实世界方面迈出的重要一步，”他补充道。
受动物启发的机器人无处不在
快照实验为日益增长的受动物启发而设计的机器人和无人机库增添了新成员。机器人技术人员已经创造出受狗、猫、老鼠、鸟类甚至金枪鱼运动启发的机器。尽管对自然世界的研究仍在继续，但关于动物究竟如何思考以及执行普通观察者可能认为理所当然的任务的谜团仍然存在。对动物行为的进一步深入了解很可能会继续影响新兴的机器人技术。
