生物学上有一种观(guān)点(diǎn)认为,单个的蚂蚁其实是一个个器(qì)官,成群结队的时候(hòu)才(cái)是(shì)一只完整的生物。用这种想法来看待目(mù)前商用无人机的主要限制——有限的负载能力(lì),催生了一(yī)种(zhǒng)新(xīn)的、依靠成群(qún)出动来完成任务的无人机形态。
这种无人机被设计得(dé)更加势单(dān)力(lì)薄,因此必(bì)须完全依赖集体(tǐ)成为有用的个体(tǐ),同时也更灵活(huó)、可用性更强。
这种无人机的一个应用目标是,把人从重复性的观察活动中(zhōng)解脱出来,同时拓展(zhǎn)他们的(de)观(guān)测范(fàn)围。
举个例子,像是监控非法(fǎ)狩猎(liè)和伐木的情况,需要从较大的视(shì)角上长期频繁观察。这项任务非常适合能够在树林中穿梭的(de)小型无人机,如(rú)果采用(yòng)了集体合作(zuò)的方式,就能解决负(fù)载能力(lì)有限的问题。比(bǐ)如,集(jí)体合作时可(kě)以让一(yī)些无(wú)人机装(zhuāng)载小(xiǎo)型摄(shè)像设备,另一(yī)些装(zhuāng)载GPS,另一些(xiē)携带二氧化碳探测仪等传感器,它们(men)组(zǔ)成的集体(tǐ)则用于发现(xiàn)潜在的(de)人(rén)类活动迹象。
它没准会改变日后无(wú)人机应用的思路。而这一(yī)切都是从社群昆虫身上(shàng)得到的启(qǐ)发。
从蚂蚁(yǐ)身上学习(xí)协作策略
蚂蚁社群(qún)的一个重要特点是,它们特(tè)别缺乏自(zì)我的概念,专注(zhù)于做(zuò)对(duì)群体最有利的事,因此分工协(xié)作的模型干扰因素更少。另外它们在地上爬动,方便观(guān)察,这(zhè)让蚂蚁(yǐ)兵(bīng)团成为无人机(jī)协作的模仿原型(xíng)之一。
比如,Pratt和(hé)Vijay在合作的项(xiàng)目就是(shì)要了解这些蚂蚁(yǐ)在合作(zuò)中如(rú)何决定(dìng)谁朝哪个方向用力。Stephen Pratt是来自亚利桑那大学生命科学学院的助理教(jiāo)授(shòu),运(yùn)营(yíng)着Pratt实验室研究蚂蚁活动;Vijay Kumar则是宾(bīn)夕(xī)法(fǎ)尼亚大(dà)学的机械工(gōng)程和(hé)应用力学学(xué)院的教授。他也是(shì)正在设(shè)计社群协作无人机的团队负责(zé)人,在GRASP(通(tōng)用机(jī)器人,自动(dòng)化,传感和感应)实验室(shì)进行工作。
Pratt和(hé)Vijay设计了一(yī)个四只脚装有传感器的轻装置,引诱蚂(mǎ)蚁来运输它,借机观(guān)察它们如何当即(jí)判(pàn)断用力(lì)的方向,并诱使它们表现出各自在(zài)群体(tǐ)中的角色。
基本上,根据他们的研究结果,蚂蚁们是通过不断(duàn)地试错找到中间的(de)平(píng)衡点。在协作过程中,产生反作用的(de)一方会迅速调整(zhěng),Vijay说“就像(xiàng)几个蒙着(zhe)眼睛的人搬(bān)动一张桌子(zǐ)”。
目前,Vijay已经可以把这种即时(shí)学习的策略(luè)用在陆地使(shǐ)用的(de)机器人身上,最终他希望能够对飞行机(jī)器人起作用。
从甲壳虫(chóng)身(shēn)上学习(xí)飞(fēi)行技巧(qiǎo)
除了运(yùn)输(shū)策(cè)略以外(wài),飞行的技巧(qiǎo)也是无人机从昆虫身(shēn)上学(xué)习一项内容。
加州大(dà)学伯克利分(fèn)校的Michel Maharbiz认(rèn)为,研究(jiū)飞行(háng)就要让昆虫在飞行状(zhuàng)态下收集数据(jù)。他在甲壳虫背(bèi)上放了微小(xiǎo)的芯(xīn)片,把电极(jí)插入大脑和肌(jī)肉中。通过芯片上的无线(xiàn)设备接受信号,干扰(rǎo)甲壳虫飞行,观察(chá)它(tā)怎样做出反应、保持(chí)飞行姿态。
科学家们想要从昆虫(chóng)的活动中寻(xún)找启发,就像过去怀特兄弟受到鸟类(lèi)启发(fā)而发明了(le)飞机一样。但是飞机最终没有扑扇翅(chì)膀升空,无人机的协作(zuò)同(tóng)样不仅(jǐn)只(zhī)是(shì)“仿生”。
当成(chéng)群的无(wú)人机(jī)从实验室环境中飞(fēi)到自然环境中,没有了布置(zhì)在(zài)室内空间各个角(jiǎo)落里的感应设备(bèi),如何(hé)才能通过GPS方便(biàn)地操作他们进行写作,完成指(zhǐ)定的任务(wù)?而群体(tǐ)协作的无人机,还需要一(yī)套协作方案(àn),使它们(men)能够通过成员位置来独立灵活(huó)判断任务,而不是由中央控制程序统一协(xié)调。这些都(dōu)是在研究了昆虫行为之后,把(bǎ)实(shí)验室成果(guǒ)搬到户外之前(qián)要解决的重要的问题。
目前(qián)的有利条件(jiàn)是(shì),无人机的成本——从传感器到储存芯片——已经在飞速下降。在未来监管的(de)问题也(yě)会(huì)逐步(bù)解决。
技术成熟之后,生物学(xué)家想要的(de)数据会由无人机大量收集,就像目前(qián)的数据处(chù)理已经大量(liàng)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(huà)。

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