“昆虫大脑”启发的机器人能轻松绕过障碍物

在机器人技术日益先进的时代，有一个团队却逆流而上，从一只小飞虫针尖大小的大脑中寻找灵感，制造出了一个只需花费极少精力和能量就能巧妙避开碰撞的机器人。

科学家们认为，果蝇的大脑非常小，在飞行过程中可用的计算资源非常有限，这种生物模型可以用于机器人的"大脑"，以实现高效、低能耗和避开障碍物的运动。

格罗宁根大学的物理学家伊丽莎白-奇卡（Elisabetta Chicca）说："就像在火车上一样。附近的树木似乎比远处的房屋移动得更快。昆虫利用这一信息来推断事物的距离。我们从中学到的是：如果你没有足够的资源，你可以用你的行为来简化问题。"

在果蝇的大脑中，周围物体的运动是通过光学神经元 T4 和 T5 处理的。在比勒费尔德大学神经生物学家马丁-埃格尔哈夫（Martin Egelhaaf）的帮助下，研究小组通过算法在小型机器人"大脑"中模拟了这种神经活动，使其具备了处理方向信息的能力，从而有效地移动并避免与路径上的任何障碍物发生碰撞。

"许多机器人技术并不关注效率，"奇卡说。"我们人类在成长过程中往往会学习新的任务，在机器人技术领域，这也反映在当前的机器学习趋势中。但昆虫一出生就能立即飞行。在它们的大脑中，高效的飞行方式是硬性规定的。"

最终，这个小巧的机器人实现了一个主要目标--转向检测到的移动最少的区域。格罗宁根大学的索尔本-肖佩（Thorben Schoepe）是硬件的设计者，他对轮式机器人进行了一系列测试，发现它能在物体之间找到中心点，还能灵巧地调整路径，引导自己绕过障碍物--就像昆虫在飞行时一样。

由研究员索尔本-肖佩（Thorben Schoepe）制造的机器人在导航测试中对准目标中心 Leoni von Ristok/格罗宁根大学

奇卡说："这个模型非常出色，一旦设置好它，它就能在各种环境下工作。这就是这项成果的魅力所在。"

研究小组认为，这是第一项专注于避障的同类研究，它为机器人神经形态硬件的发展迈出了一大步。未来，这样的机器可用于在灾难现场等杂乱地形中导航，能量输出极低，还可根据用途配备不同类型的传感器，如探测无结构物体的雷达。

奇卡说："我们开发的机器人灵感来自昆虫。它具有在密集地形中行进、避免碰撞、穿越缝隙和选择安全通道的卓越能力。这些能力是通过一个神经形态网络引导机器人向表面运动较小的区域移动来实现的。我们的系统利用了有关昆虫视觉处理和避障的知识"。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上。