机器人利用蜻蜓的眼睛来更好地追踪移动物体

未来的一些机器人将通过昆虫的眼睛看世界。在本周发表于《皇家学会界面》杂志的一项研究中，研究人员开发了一种软件，可以让机器以与蜻蜓相同的精度跟踪移动物体。

尽管蜻蜓的大脑很弱，视觉分辨率也极低，但它们仍然能够在杂乱的背景下（例如成群的其他昆虫）以超过 95% 的准确率捕捉猎物。更重要的是，它们可以以每小时 60 英里以上的速度飞行。

研究人员正在开发的机器人看起来更像一辆黄色的 Tonka 卡车​​，而不是一只飞虫，但重要的是，它的视觉系统未来可用于智能汽车、仿生学和监控等领域，这项研究的主要作者扎赫拉·巴盖里说。

“世界上有很多实验室正在开发类似动物的机器人，”她说。“我们感兴趣的是算法。”

为了获取算法所需的数据，Bagheri 的团队首先在蜻蜓大脑中发现了一组专门追踪微小移动物体的神经元，这些神经元赋予了蜻蜓跟踪和拦截猎物的惊人能力。在实验室中，研究人员拔下蜻蜓的翅膀，并在其头部钻了一个小孔，以便将电极放在神经元上。研究人员使用的方法类似于《发条橙》中的康复场景，将蜻蜓放在显示器前，向它们展示不同的刺激，同时记录来自神经元的数据。

巴盖里说，研究人员发现，蜻蜓过滤噪音的能力有助于它们追踪沿连续轨迹移动的目标。她将这种过滤刺激的方法与深度睡眠的人进行了比较。

“你可能睡得比较深，也可能睡得比较浅，”巴盖里说。“睡得深的人不会被任何刺激吵醒，只有闹钟会把他们吵醒。而睡得浅的人可能会被任何刺激吵醒。”

蜻蜓还具有“主动注视控制”功能，即眼睛固定，只能转动头部。这迫使它们将目标保持在与中心视线五度以内。这是 Bagheri 和她的团队创建的跟踪算法不可或缺的一部分。

她说：“我们的系统不是试图让目标完美地位于视野中心，而是锁定背景，让目标朝着背景移动。”

研究人员通过让算法在虚拟的外部世界模拟中分析移动目标，测试了算法在跟踪运动方面的表现。他们拍摄了澳大利亚阿德莱德周围的自然景色，并用计算机将它们拼接成一个圆柱形的全景图。然后，他们让算法跟踪三维空间中的移动物体，这是一种虚拟的蜻蜓眼睛。结果令人鼓舞：他们的算法在杂乱的环境中定位目标的速度比其他类似程序快 20 倍。Bagheri 表示，使用这种视觉系统的机器人可能会在未来几个月内完成。

模仿昆虫的视觉对机器人领域来说并不是什么新鲜事。在 2013 年发表在PNAS上的一项研究中，研究人员创造了一种弯曲的机器人眼睛，可以产生类似果蝇眼睛的马赛克效果，使其具有广阔的视野和出色的运动检测能力。就在去年三月，一架重量只有三盎司的微型无人机使用了一种基于蜜蜂的视觉系统来帮助它目测位置，并在不平坦的地形上保持水平，而无需使用大型加速度计。