В эпоху все более развитой робототехники одна команда действительно пошла против этой тенденции, вместо этого найдя вдохновение в мозге крошечного летающего насекомого размером с булавочную головку, чтобы построить робота, который может ловко избегать столкновений с очень небольшими затратами. усилия и затраты энергии.
Крошечный мозг насекомого вряд ли является источником биомимикрии, но исследователи из Университета Гронингена в Нидерландах и Университета Билефельда в Германии считают, что это идеальная система для изучения того, как движутся роботы. . Плодовые мушки (Drosophila melanogaster) обладают удивительно простыми, но эффективными навигационными навыками, используя очень мало умственных способностей для быстрого перемещения по невидимым прямым линиям, а затем соответствующим образом приспосабливаясь – летая по линии под углом влево или вправо – чтобы избежать препятствий.
При таком крошечном мозге плодовая мушка имеет ограниченные вычислительные ресурсы, доступные ей во время полета. Ученые считали, что биологическая модель может быть адаптирована для использования в «мозге» робота для эффективное, энергосберегающее и позволяющее избежать препятствий передвижение.
«Например, когда вы едете в поезде», — сказала физик Элизабетта Чикка из Гронингенского университета. «Кажется, что деревья поблизости движутся быстрее, чем дома вдалеке. Насекомые используют эту информацию, чтобы сделать вывод о том, насколько далеко находятся объекты.
«Из этого мы узнаем следующее: если у вас недостаточно ресурсов, вы можете упростить проблему своим поведением», — добавила она.
Маленький мозг — высший навигатор: энергоэффективное движение плодовых мух лежит в основе новой робототехникиDepositphotos
В мозгу плодовых мух движение окружающих объектов обрабатывается оптическими нейронами Т4 и Т5. С помощью нейробиолога Мартина Эгельхаафа из Университета Билефельда команда алгоритмически имитировала эту нейронную активность в «мозге» своего маленького робота, дав ему возможность обрабатывать информацию о направлении, чтобы эффективно двигаться и избегать столкновений с любыми препятствиями на своем пути.
<р>«Большая часть робототехники не заботится об эффективности», — сказал Чикка. «Мы, люди, склонны осваивать новые задачи по мере взросления, и в робототехнике это отражается в современной тенденции машинного обучения. Но насекомые способны летать сразу с рождения. Эффективный способ делать это запрограммирован в их мозгу. «
Конечным результатом является компактный робот, главная цель которого — направиться к месту с наименьшим обнаруженным движением. Торбен Шопе из Гронингенского университета, который разработал аппаратное обеспечение, провел серию испытаний колесного робота и обнаружил, что он центрируется между объектами, а также ловко корректирует свой путь, чтобы обходить препятствия – как это делает насекомое в полете.
Робот, построенный исследователем Торбеном Шоепе, центрируется во время навигационного теста
Леони фон Ристок/Университет Гронингена
«Модель настолько хороша, — сказал Чикка, — что как только вы ее настроите, она будет работать в любых условиях. В этом прелесть этого результата».
Команда считает, что это первый исследование такого рода, направленное на предотвращение препятствий, делает огромный шаг вперед в разработке нейроморфного оборудования в робототехнике. В будущем такую машину можно будет использовать для навигации по загроможденной местности, например, в местах стихийных бедствий, с чрезвычайно низким выходом энергии, и она может быть оснащена различными типами датчиков в зависимости от использования, такими как радар для обнаружения бесструктурных объектов.
«Мы разработали робота, вдохновленного насекомыми», — сказал Чикка. «Он обладает замечательными возможностями путешествовать по плотной местности, избегая столкновений, пересекая пропасти и выбирая безопасные проходы. Эти возможности реализуются с помощью нейроморфной сети, направляющей робота к областям с низкой видимостью движения. Наша система использует знания об обработке зрения и обходе препятствий в насекомых».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
