Муравьи «тренируют» навигацию роботов
By redaktor udalenno
on 13.08.2024
By redaktor udalenno
on 13.08.2024
Создатели беспилотного летательного аппарата TU Delft были вдохновлены биологическими открытиями о том, как муравьи визуально распознают окружающую среду и совмещают это с подсчетом своих шагов, чтобы безопасно вернуться домой. Они использовали эти идеи для создания стратегии автономной навигации, вдохновленной насекомыми, для крошечных, легких роботов. Стратегия позволяет таким роботам возвращаться домой по длинным траекториям, требуя при этом чрезвычайно мало вычислений и памяти (0,65 килобайта на 100 м).
Крошечные роботы, от десятков до нескольких сотен граммов, обладают потенциалом для интересного применения в реальных условиях. Благодаря своему небольшому весу они чрезвычайно безопасны, даже если случайно столкнутся с кем-нибудь. Поскольку они маленькие, они могут перемещаться в узких областях. Их можно использовать в большем количестве, чтобы они могли быстро охватить большую площадь, например, в теплицах для раннего обнаружения вредителей или болезней.
Однако заставить таких крошечных роботов работать самостоятельно сложно, поскольку по сравнению с более крупными роботами у них крайне ограниченные ресурсы. Основным препятствием является то, что они должны уметь ориентироваться самостоятельно. Для этого роботы могут обращаться за помощью к внешней инфраструктуре. Они могут использовать оценки местоположения со спутников GPS на улице или с маяков беспроводной связи в помещении. Однако часто полагаться на такую инфраструктуру нежелательно. GPS недоступен в помещении и может быть очень неточным в условиях загромождения, например, в городских каньонах. Установка и обслуживание маяков во внутренних помещениях довольно дороги или просто невозможны, например, в сценариях поиска и спасения.
Вот почему некоторые исследователи обратились за вдохновением к природе. Насекомые особенно интересны, поскольку они действуют на расстояниях, которые могут иметь отношение ко многим реальным приложениям, используя при этом очень ограниченные сенсорные и вычислительные ресурсы. Биологи все лучше понимают основные стратегии, используемые насекомыми. В частности, насекомые сочетают отслеживание собственного движения (называемое “одометрией”) с поведением, управляемым визуально, на основе их зрительной системы с низким разрешением, но почти всенаправленной (называемой “памятью зрения”). В то время как одометрия становится все более понятной даже на нейронном уровне, точные механизмы, лежащие в основе зрительной памяти, все еще менее понятны. Одна из самых ранних теорий о том, как это работает, предлагает модель “моментального снимка”. В нем предлагается, чтобы насекомое, такое как муравей, время от времени делало снимки окружающей среды. Позже, когда насекомое приблизится к снимку, оно сможет сравнить свое текущее визуальное восприятие со снимком и переместиться, чтобы минимизировать различия. Это позволяет насекомому перемещаться, или “домой”, к местоположению снимка, устраняя любой дрейф, который неизбежно возникает при выполнении только одометрии.
Основная идея, лежащая в основе новой стратегии, заключается в том, что снимки можно размещать гораздо дальше друг от друга, если робот перемещается между снимками на основе одометрии. Самонаведение будет работать до тех пор, пока робот окажется достаточно близко к месту съемки, пока отклонение робота от одометрии попадает в зону охвата снимка.
Функциональность предлагаемой стратегии более ограничена, чем та, которая обеспечивается современными методами навигации. Они не генерируют карту, а только позволяют роботу вернуться к исходной точке. Тем не менее для многих приложений этого может быть более чем достаточно. Например, для отслеживания запасов на складах или мониторинга урожая в теплицах дроны могут вылетать, собирать данные и затем возвращаться на базовую станцию. Они могли бы хранить изображения, относящиеся к миссии, на небольшой SD-карте для последующей обработки сервером. Но они не понадобились бы им для самой навигации.
https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adk0310