模仿蝙蝠的机器人:利用声音在新环境中定位导航! 2018-09-10

导读

近日,以色列特拉维夫大学教授 Itamar Eliakim 及其同事开发出一种完全自主、像蝙蝠一样的陆生机器人 Robat,它可以采用回声定位来穿越新环境,并完全通过声音来绘制地图。


背景


蝙蝠,是唯一一类演化出真正有飞翔能力的哺乳动物,它们大部分都是白天休息,夜间觅食。

(图片来源:维基百科)


在飞行时,蝙蝠的喉内能产生超声波,并通过口腔发射出超声波。当超声波遇到昆虫或障碍物时会反射回来,蝙蝠的耳朵能接受反射的超声波,并判断目标是昆虫还是障碍物,以及距离有多远。这种探测目标的方式,被称为“回声定位”。


创新


近日,以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)的教授 Itamar Eliakim 及其同事开发出了一种完全自主的、像蝙蝠一样的陆生机器人 Robat,它可以采用回声定位来穿越新的环境,同时完全通过声音来绘制地图。相关论文发表于《PLOS Computational Biology期刊。

(图片来源:Itamar Eliakim


技术


之前,科学家们提出了许多理论框架,都是来解释蝙蝠是如何解决机器人技术中最具挑战性的问题,但是却很少尝试构造实际的机器人来模仿蝙蝠的能力。不同于之前在机器人技术中采用声纳装置的尝试,Eliakim 及其同事开发出一个模仿蝙蝠的方案,发出声音并分析回声,从而生成空间地图。


Robat 具有一个超声波扬声器(类似嘴巴),可以制造出类似蝙蝠啁啾速率的调制频率,同时也具有两个超声波麦克风(类似耳朵)。它可以自主地穿越新的户外环境,并仅通过声音就能实时绘制地图。Robat 能勾画出它所遇到的物体的边界,并采用人工神经网络分类它们,然后创造出丰富、精准的环境地图,同时避免碰到障碍物。例如,当进入死胡同时,机器人会采用分类能力去判断是被墙阻挡,还是一株可以通过的植物。


(图片来源:参考资料【2】)


(图片来源:参考资料【2】)


价值


Eliakim 表示:“据我们所知,我们的 Robat 是首个完全自主、类似蝙蝠、生物上可信的机器人,它可以穿越新环境,同时只需基于回声信息就可以绘制出图像,勾画出物体边界,以及它们之间的自由路径,并且识别它们的种类。我们展示了未来采用声音定位的巨大潜力。


关键字


定位超声波仿生学


参考资料


【1】https://www.aftau.org/news-page-computers–technology?&storyid4702=2409&ncs4702=3

【2】Itamar Eliakim, Zahi Cohen, Gabor Kosa, Yossi Yovel. A fully autonomous terrestrial bat-like acoustic robot. PLOS Computational Biology, 2018; 14 (9): e1006406 DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006406


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