法國(guó)科學(xué)家研發(fā)出了一種無(wú)需GPS的螞蟻機(jī)器人。拋開(kāi)人造衛(wèi)星的信號(hào)，它們依靠太陽(yáng)光編織出的“光學(xué)羅盤”進(jìn)行導(dǎo)航。
下一步，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)探索光學(xué)羅盤在航空機(jī)械和汽車工業(yè)上的潛力，在GPS失靈，例如行駛到兩棟高樓之間時(shí)提供備用導(dǎo)航方案。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Stéphane Viollet表示，團(tuán)隊(duì)正與一家法國(guó)汽車制造商開(kāi)展合作。
相關(guān)論文近日發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)-機(jī)器人學(xué)》期刊上。
螞蟻的方向感
這是從沙漠箭蟻那里獲得的靈感。螞蟻的方向感一直為人稱道，很大程度上依賴于體內(nèi)分泌的信息素。就像《格林童話》里的漢塞爾和格萊特在森林里邊走邊留下面包屑一樣，螞蟻們?cè)谛羞M(jìn)的道路上留下信息素，給同伴指引食物的方向，也給自己記下回巢的路徑。
但這一理論不適用于箭蟻。它們通常選在烈日當(dāng)空時(shí)出沒(méi)，此時(shí)沙漠的表面溫度足以蒸發(fā)一切信息素。
后來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)箭蟻?zhàn)R路的奧秘是陽(yáng)光。光波是一種電磁波，振動(dòng)方向垂直于傳播方向。具有特定振動(dòng)方向的光稱為偏振光。
人類的眼睛無(wú)法識(shí)別出偏振光，只能借助偏振濾光片感受到它們的存在。濾光片是一種由長(zhǎng)長(zhǎng)的平行分子鏈構(gòu)成的玻璃或塑料片，如柵欄一樣篩選特定振動(dòng)方向的光線透過(guò)。旋轉(zhuǎn)濾光片，當(dāng)“柵欄”的方向垂直于光的振動(dòng)方向，人們觀察到的光線就會(huì)變暗，當(dāng)“柵欄”方向平行于光的振動(dòng)方向，又會(huì)恢復(fù)原來(lái)的亮度。
太陽(yáng)光羅盤
太陽(yáng)光通常情況下是一種非偏振光。就像圍繞太陽(yáng)這個(gè)中心點(diǎn)，扯出無(wú)數(shù)條的繩子，振動(dòng)角度平均分布在不同的方向上。但在晴朗的天氣里，大氣成了一片巨大的濾光片，只篩選特定振動(dòng)方向的光線落下
沙漠箭蟻的復(fù)眼能敏銳地感應(yīng)到紫外線頻段的偏振光。此時(shí)，廣闊的天空仿佛刻滿了平行的表格線，無(wú)邊的瀚海籠罩在一張巨大的光學(xué)羅盤之下。箭蟻依據(jù)這張羅盤辨別方向，再記錄爬行的步數(shù)，就能出巢數(shù)百米依然精確返航。這對(duì)于身如一芥的它們來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是驚人的距離。
一些實(shí)驗(yàn)也證明了太陽(yáng)是箭蟻的指路明燈。科學(xué)家通過(guò)甜食引誘箭蟻在指定方向上爬行一段距離，再把它們裝在不透光的瓶子里帶出一段距離。
重新放回地面上，箭蟻只爬行了被抓進(jìn)瓶子前的距離就開(kāi)始團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)找巢。顯然，在它們的概念里，應(yīng)該已經(jīng)到家了，不見(jiàn)光的那段距離并未被計(jì)算在內(nèi)。
螞蟻機(jī)器人
法國(guó)國(guó)家科研中心（CNRS）聯(lián)合艾克斯馬賽大學(xué)在沙漠箭蟻的啟發(fā)下把光學(xué)羅盤配置在了運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上，并附加一個(gè)朝向太陽(yáng)的光學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)記錄所覆蓋的距離。這個(gè)光學(xué)羅盤對(duì)偏振紫外線很敏感，在晴朗或多云天氣下辨別航向的準(zhǔn)確度達(dá)到0.4°。它只用到了兩個(gè)覆蓋偏振濾光片的像素，但科學(xué)家們用一種創(chuàng)新的機(jī)動(dòng)方式來(lái)控制濾光片的轉(zhuǎn)向，羅盤的實(shí)際能力與兩列374像素的傳感器相當(dāng)。這使得傳感器的生產(chǎn)成本從78000歐元大幅降低到數(shù)百歐元。
螞蟻機(jī)器人（AntBot）身具六足，只有2.3公斤重，在復(fù)雜地形上的活動(dòng)能力很強(qiáng)。研究人員為其設(shè)計(jì)了一項(xiàng)定點(diǎn)檢查并返航的任務(wù)進(jìn)行試驗(yàn)，覆蓋14米的總距離后，它的定位精度達(dá)到1厘米。
不過(guò)，一個(gè)缺點(diǎn)是螞蟻機(jī)器人在長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)了過(guò)熱現(xiàn)象，仍待進(jìn)一步研究。此外，夜間、陰雨天氣下的運(yùn)動(dòng)能力也需要考慮。
相比起傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人和無(wú)人機(jī)，科學(xué)家希望螞蟻機(jī)器人未來(lái)能在山區(qū)、災(zāi)區(qū)和太空探索中發(fā)揮更強(qiáng)力的作用。
