没有GPS的第一个步行机器人

沙漠蚂蚁是非凡的孤独航海家。研究人员受到这些蚂蚁的启发,因为他们设计了AntBot,这是第一个可以随机探索环境并自动回家的步行机器人,无需GPS或测绘。这项工作为自动驾驶汽车和机器人技术的导航开辟了新的战略。

人眼对偏振光和紫外线辐射不敏感,但对于使用它来定位自己的蚂蚁来说,情况并非如此。特别是Cataglyphis沙漠蚂蚁可以在沙漠的阳光直射下覆盖几百米寻找食物,然后直线返回巢穴,不会迷路。他们不能使用信息素:当温度燃烧最轻微的下降时,它们就会出现。他们非凡的导航天赋依赖于两条信息:使用一种“天体指南针”测量的航向,使用天空的偏振光来定位自己,以及覆盖的距离,通过简单地计算步数并结合相对于用他们的眼睛光学测量太阳。距离和航向是两个基本信息,

由CNRS和Aix-Marseille大学(AMU)ISM研究人员设计的全新机器人AntBot复制了沙漠蚂蚁卓越的导航能力。它配备了一个光学罗盘,用于通过偏振光确定其航向,并通过一个光学运动传感器指向太阳来测量所覆盖的距离。有了这些信息,AntBot就像沙漠蚂蚁一样,能够探索它的环境并自行返回它的基地,在覆盖了14米的总距离后精确到1厘米。该机器人重量仅为2.3千克,具有6英尺的移动性,可以在复杂的环境中移动,这恰好可以使轮式机器人和无人机的部署变得复杂(灾区,崎岖的地形,探索外星土壤等)。

由科学家开发的光学罗盘*对天空的偏振紫外线辐射很敏感。使用这种“天体指南针”,AntBot通过晴天或多云天气以0.4°的精度测量其航向。使用极简主义传感器实现的导航精度证明,具有生物灵感的机器人技术具有巨大的创新能力。在这里,我们有三个进步。已经开发出一种新颖的机器人,设计了新的,创新的和非传统的光学传感器,并且通过测试生物学家想象的模仿这种动物的几种模型,AntBot带来了对沙漠蚂蚁如何导航的新认识。例如,在探索航空机器人或汽车工业中的潜在应用之前,必须取得进展,例如如何在夜间或更长距离操作该机器人。

这项工作得到了美国国家科学研究中心,AMU,普罗旺斯 - 阿尔卑斯 - 蓝色海岸地区以及Equipex / Robotex项目ANR的支持。

* - 该指南针仅由两个偏振滤光器顶部的两个像素组成,这些滤光器相当于由两行374个像素组成的光学传感器。机械地转动过滤器是一项创新,它在传感器的限制范围内将传感器的生产成本从相当大的78,000欧元降低到几百欧元。