创纪录的无人机利用蚂蚁的智慧回家

微型无人机有许多潜在用途，但它们的导航能力受到机载处理能力极小的严重限制。科学家们现在开始着手解决这一限制，他们从蚂蚁等觅食昆虫身上获得了一些启发。

除此之外，微型无人机未来还可能执行诸如在灾难现场搜寻幸存者、在危险环境中进行侦察甚至为农作物授粉等任务。在几乎所有情况下，它们都需要自动飞到特定区域，然后返回基地。

就返回基地而言，目前导航选项包括户外 GPS 或室内无线寻路信标模块。不过，GPS 在室内环境中不起作用，而且大多数建筑物不太可能预装寻路模块。

大型无人机可以利用 LiDAR 和计算机视觉系统在起飞时创建周围环境的 3D 地图，然后按照地图返回。然而，创建这样的地图需要大量的处理能力和内存，而微型无人机中的微型微处理器根本无法提供这些能力和内存。

之前提出的一种替代方案是让无人机在起飞时拍摄一系列周围环境的快照。在返回途中(假设它们沿着相同的路线飞行)，它们只需按照拍摄顺序的相反顺序寻找快照中的地标即可。虽然这是一种更有效的导航方法，但所需的快照数量仍然需要太多内存。

为了大幅减少这一数字，荷兰代尔夫特理工大学 (TU Delft) 的科学家对蚂蚁和其他觅食昆虫进行了研究。蚂蚁在离开蚁群时，基本上会在脑海中拍下快照，但它们也会 (粗略地) 计算出在快照之间它们走的步数。

这种计步过程称为里程计，它使它们能够拍摄比通常需要的少得多的快照。它们只需将周围环境与一张快照相匹配，拍摄记忆中的步数，然后检查下一张快照。这个过程一张接一张地重复，直到昆虫到达其群体。

在 Tom van Dijk 和 Guido de Croon 教授的带领下，代尔夫特理工大学的团队将同样的原理应用于一架 56 克(2 盎司)的CrazyFlie微型四轴飞行器，并为其配备了全向摄像头。当然，空中无人机不会行走，因此直升机无法像蚂蚁一样计算步数。

“对于里程计，我们的无人机与蜜蜂类似，它整合了从光流确定的运动，”德克罗恩告诉我们。“为此，我们的机器人配备了一个小型向下摄像头，可以跟踪视野中物体经过的速度。”

此外，该摄像机还能追踪地面经过的方向。

在返航时，一旦无人机确定自己已经飞过了一张快照记录的距离/方向，它就会将当前摄像头拍摄的图像与下一张快照记录的图像进行比较。考虑到无人机在返航途中不可避免地会有些偏移，它会修正航线，直到两张图像几乎完全匹配。

“假设视野内有一棵树，而且它在快照图像中比当前图像更大。那么无人机就需要朝那棵树移动，因为它在图像中也会变得更大，”de Croon 解释道。

在室内环境中以这种方式导航，无人机能够自动沿着蜿蜒的 100 米(328 英尺)障碍赛道返回基地，仅使用 1.16 千字节的内存 - 这完全在大多数商用微型无人机的容量范围内。事实上，据报道，这款四轴飞行器目前是有史以来最轻的视觉导航无人机。

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