生物(wù)学上有一种观点认(rèn)为,单个的蚂蚁其实是一个个器官,成群结队的时(shí)候(hòu)才(cái)是(shì)一只完整的生物。用这种想(xiǎng)法来看待目前商用无人机的主(zhǔ)要限制——有限(xiàn)的负载能力(lì),催生了(le)一种新的、依(yī)靠(kào)成(chéng)群出动来完成任务的无人机形态。
这种无人机被设计(jì)得更加势单力薄(báo),因此必须完全依赖(lài)集体成为有用的个体,同时也更灵活(huó)、可用性更强。
这种无人机的一(yī)个(gè)应用(yòng)目(mù)标(biāo)是,把(bǎ)人从(cóng)重复性(xìng)的(de)观察活动中(zhōng)解脱出(chū)来,同时拓展他们的观测(cè)范围。
举个例(lì)子(zǐ),像是监(jiān)控非法狩(shòu)猎和伐(fá)木的情况,需要从较(jiào)大的视角上(shàng)长期频繁(fán)观(guān)察。这(zhè)项任务(wù)非常适(shì)合(hé)能够在树林中穿梭(suō)的小型无人机,如(rú)果采用了集体合(hé)作的方(fāng)式,就能解(jiě)决负载(zǎi)能力有限的(de)问题。比如,集(jí)体合作时(shí)可以(yǐ)让(ràng)一些无人机(jī)装载小(xiǎo)型摄像设备(bèi),另一些装(zhuāng)载GPS,另一些携(xié)带二氧化(huà)碳探测仪等传感器,它们组成的(de)集体则用于发现潜(qián)在的人类活动迹(jì)象。
它没准会改(gǎi)变日(rì)后无人机应用的思路。而这一切都是从社群昆虫身上得到的启发。
从蚂蚁身上(shàng)学习(xí)协作策略
蚂蚁社群的一个重要特(tè)点(diǎn)是,它们特(tè)别(bié)缺乏自(zì)我的概(gài)念,专注(zhù)于做对群体最有利的事,因(yīn)此分工(gōng)协作的模型干扰因素更少。另外它们在地上爬动,方便观察,这让(ràng)蚂蚁兵团成(chéng)为无人机协作的模仿原型(xíng)之一。
比如,Pratt和Vijay在合作的(de)项目就是要了解这些(xiē)蚂蚁在合(hé)作中如何决(jué)定谁(shuí)朝哪个方向(xiàng)用(yòng)力。Stephen Pratt是来自亚利桑那大学生命科学学(xué)院(yuàn)的助(zhù)理教授,运营着Pratt实验(yàn)室(shì)研究蚂蚁活动(dòng);Vijay Kumar则是(shì)宾夕法(fǎ)尼(ní)亚大学(xué)的(de)机械工程和应用力学学院的教授。他也是正(zhèng)在设计社(shè)群(qún)协作无(wú)人机的团(tuán)队负责人,在GRASP(通用机(jī)器人,自动化,传感和感应)实验室进行工作。
Pratt和Vijay设计了一(yī)个四只脚装有传感器(qì)的轻装置,引诱蚂蚁来运(yùn)输它,借机观察它们如(rú)何当即判断用力的方(fāng)向,并诱使它们表现出各自(zì)在群体中(zhōng)的角(jiǎo)色。
基本上(shàng),根据他们的研究结果,蚂(mǎ)蚁们是通过不断地试错找到中间的平衡点。在(zài)协作过程中,产生反作(zuò)用的一方会迅速调整,Vijay说“就(jiù)像几(jǐ)个蒙着眼睛的人搬动一张桌子”。
目前,Vijay已(yǐ)经可以(yǐ)把这种即时学(xué)习的策略用在陆(lù)地使用的机器人(rén)身上,最(zuì)终他希望能够(gòu)对飞行机(jī)器人(rén)起作用。
从甲壳(ké)虫身上学习飞行技(jì)巧
除了运(yùn)输策略(luè)以外,飞行(háng)的技巧也(yě)是无(wú)人机(jī)从昆虫(chóng)身上学习一项内容。
加州大学(xué)伯克利分校的Michel Maharbiz认为,研究飞行就(jiù)要让昆虫在飞行(háng)状态(tài)下收集数据。他(tā)在甲壳(ké)虫背上放了微小的芯片(piàn),把(bǎ)电极插入大脑和肌肉中。通(tōng)过(guò)芯片上(shàng)的无线设备接受信号,干扰甲壳虫飞行,观察它怎样(yàng)做(zuò)出反应、保持(chí)飞(fēi)行(háng)姿态。
科学家们想要从昆虫的活(huó)动中寻找启发(fā),就像过去怀特兄弟受到(dào)鸟类(lèi)启发而(ér)发(fā)明了飞机一样。但是飞机最终(zhōng)没有扑扇翅膀升空,无人机的协(xié)作同(tóng)样(yàng)不仅只是“仿生”。
当(dāng)成群的无人(rén)机(jī)从实验室环(huán)境中飞到自(zì)然环境中,没有了(le)布置在室(shì)内空间各个角落里的感应设备,如何(hé)才能通过GPS方便地操作(zuò)他(tā)们进行写作,完成(chéng)指定(dìng)的任(rèn)务?而(ér)群体协作的无人机,还需(xū)要一套协(xié)作方(fāng)案,使它(tā)们能够通过成员位置来独立灵活判断任务,而不是由中央(yāng)控制程序统一协调。这些(xiē)都是在研究了昆虫(chóng)行为之后,把实验室成(chéng)果搬(bān)到户外(wài)之前要(yào)解决(jué)的重(chóng)要的问(wèn)题。
目前的有利条件是,无人机的成本——从(cóng)传感器到(dào)储存芯(xīn)片——已经在飞速下降。在未来监管的(de)问题也(yě)会逐步解决。
技(jì)术(shù)成熟之后,生物学(xué)家(jiā)想要的数据会(huì)由无(wú)人机(jī)大(dà)量收集(jí),就像目前的数据处理已经(jīng)大(dà)量依赖数(shù)据库和云(yún)计算中心,而(ér)科学(xué)研究(jiū)有可能因(yīn)此经历重要的变化。

咨(zī)询航拍服务可加老(lǎo)鹰的微信laoyingfly |