在四旋翼无人机中重建蝙蝠行为的仿真框架

 
近年来，全世界的研究人员一直在尝试开发能够在机器人和机器中重现人类或动物行为的计算技术。例如，这包括人脑的结构和功能，蜂群的交流能力，特定鱼类或两栖动物的运动方式等。
在先前研究成果的基础上，弗吉尼亚理工大学和马里兰大学的研究人员最近引入了一种仿真框架，该框架可用于在四旋翼无人机中重现蝙蝠的行为。这种模型是在arXiv上预先发表的一篇论文中提出的，它是由生物声波感测专家RolfMüller，统计学家Wu Xiaowei和Zhu Hongxiao以及计算机科学家Pratap Tokekar(由美国国家科学基金会(NSF)资助)合作创建的)。
“我们的总体想法是制造能够在复杂的自然环境中导航的同时重现蝙蝠行为的无人机”，Zhu对TechXplore说。 “在这项特殊的研究中，我们的主要目标是建立一个计算框架，以模拟蝙蝠的感应环境，并产生用于训练和测试目的的模拟生物声纳信号。”
Zhu和她的同事们开发的模拟框架包括一个用树木模拟随机森林几何形状的模型和一个生成生物声波信号的模型。生物声纳信号是蝙蝠和其他动物(包括鲸鱼和海豚)产生的短音。这些声音会产生回声，其中包含有关周围环境的有价值的信息，有助于动物的航行以及狩猎和觅食。
新框架的第一个组件是提供有关随机环境的详细信息的模型。第二个组件模仿了生物机制，该生物机制使蝙蝠可以进行生物声纳引导导航，并产生模拟回声，其中包含有关机器人周围环境的信息。
朱及其同事设计的模拟方法具有一些独特的功能和优势。最引人注目的之一是，它允许重复进行随机模拟，因此它可以产生丰富的感官数据，而使用更传统的实验方法则很难收集到这些数据。
这项研究的共同研究人员托克卡尔(Tokekar)告诉TechXplore：“迄今为止，机器人技术的主要成功是在受限制的结构化环境中，例如仓库和工业环境。” “在非结构化环境(例如森林和茂密的植被区)中使用无人机引起了很多兴趣。仅举两个例子：DARPA最近完成了其快速，轻便，自主计划，该计划的重点是敏捷无人机在森林环境中运行，而陆军研究实验室宣布了一项新计划，即SARA，其目标非常相似。”
根据托克卡(Tokekar)的观点，自然界提供了无数的行为示例，这些行为如果被人工复制，将在机器人应用程序中非常有用。他们的研究重点是在蝙蝠中观察到的生物声纳辅助导航功能，可以专门帮助增强飞行机器人的导航和物体检测能力。
将来，Zhu，Tokekar及其同事开发的仿真平台可用于在自主四旋翼无人机中复制这种特殊的蝙蝠行为。此外，它还可以帮助研究人员评估和比较模拟环境中蝙蝠启发的不同导航算法。
“我们工作最有意义的方面是，它提供了一个方便的平台，用于训练和测试无人机用生物启发式机器人算法，”朱说。 “在接下来的研究中，我们计划通过使用在此框架中生成的Biosonar数据来训练和测试用于不同导航任务的机器人算法。”