在開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)和計(jì)算工具時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)家經(jīng)常從動(dòng)物或其他生物系統(tǒng)中汲取靈感。實(shí)際上，根據(jù)系統(tǒng)的獨(dú)特特征和目的，自然通常會(huì)提供一些具體示例，說明如何快速有效地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)。

上海交通大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種新的，基于生物視覺和計(jì)算機(jī)視覺的避障系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以改善在動(dòng)態(tài)環(huán)境中運(yùn)行的飛行機(jī)器人的導(dǎo)航。該系統(tǒng)在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中提出，其靈感來自于貓頭鷹如何發(fā)現(xiàn)并避開周圍物體或其他動(dòng)物。

研究人員寫道：“盡管貓頭鷹無法向任何方向移動(dòng)眼睛(類似于立體相機(jī))，但它們的頸部卻非常靈活，可以旋轉(zhuǎn)至270度，這使它們能夠在不移動(dòng)軀干的情況下甚至在后面迅速觀察，”研究人員寫道。在他們的論文中。

為了復(fù)制貓頭鷹沿不同方向移動(dòng)眼睛并檢測(cè)周圍靜止和移動(dòng)物體的方式，研究人員在四旋翼飛行器(即具有四個(gè)旋翼的無人飛行機(jī)器人)上安裝了伺服電機(jī)和立體攝像機(jī)。在設(shè)計(jì)中，伺服電機(jī)充當(dāng)頸部，而立體攝像機(jī)充當(dāng)頭部。由于立體攝像機(jī)的重量輕，它的移動(dòng)速度可以比機(jī)器人的身體快得多，并且其運(yùn)動(dòng)幾乎不會(huì)影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量或飛行方向。

該系統(tǒng)使用傳感器計(jì)劃算法來估計(jì)機(jī)器人將從不同方向上的感測(cè)對(duì)象中受益多少，并計(jì)劃其“頭部”(即立體攝像機(jī))應(yīng)相應(yīng)旋轉(zhuǎn)的角度。因此，四旋翼飛機(jī)連續(xù)不斷地主動(dòng)感知周圍環(huán)境，從而迅速識(shí)別出阻礙其前進(jìn)的障礙。

另外，該系統(tǒng)跟蹤并預(yù)測(cè)在其附近的移動(dòng)障礙物的軌跡，使它的運(yùn)動(dòng)適應(yīng)周圍環(huán)境的變化。最后，基于立體攝像機(jī)收集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)使用基于采樣的路徑規(guī)劃器來規(guī)劃無碰撞的路徑，概述允許機(jī)器人到達(dá)特定位置或完成任務(wù)而不會(huì)與其他機(jī)器人發(fā)生碰撞的運(yùn)動(dòng)物品并被損壞。

研究人員在論文中解釋說：“總的來說，該系統(tǒng)被稱為主動(dòng)感知與回避(ASAA)系統(tǒng)。” “據(jù)我們所知，這是第一個(gè)將主動(dòng)立體視覺應(yīng)用于飛行機(jī)器人避障的系統(tǒng)。”

上海交通大學(xué)的研究人員通過在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)評(píng)估了他們的ASAAA系統(tǒng)。在這些實(shí)驗(yàn)中，四旋翼飛機(jī)要么必須到達(dá)期望的位置，以避免其途中的所有障礙，要么必須監(jiān)視并捕獲一只人造老鼠。這些測(cè)試的結(jié)果非常有希望，因?yàn)樵摍C(jī)器人在兩項(xiàng)任務(wù)上均表現(xiàn)出色，可以快速適應(yīng)環(huán)境的突然變化，并避免與靜態(tài)障礙物和移動(dòng)障礙物發(fā)生碰撞。

而且，研究人員制造的原型使用了一個(gè)立體聲相機(jī)。因此，它相對(duì)便宜。這可以使得更易于大規(guī)模制造和實(shí)施。

將來，該系統(tǒng)可用于在廣泛的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，從市區(qū)到野生生物大量居住的自然環(huán)境。該系統(tǒng)還可以基于類似的設(shè)計(jì)，通過增強(qiáng)的避障功能來激發(fā)其他飛行機(jī)器人的開發(fā)。在他們的下一個(gè)研究中，研究人員將嘗試創(chuàng)建可復(fù)制其他動(dòng)物行為的系統(tǒng)，同時(shí)還使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)一步改善其系統(tǒng)的感知性能。

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