昆蟲般視野之無人機

2015.0318.1

幾乎所有能夠飛行的東西像是飛機、太空船或是無人機,都具有慣性導航系統,加速器和陀螺儀來控制導航。但一些飛蟲如蜜蜂,它們並沒有這樣的慣性系統來引導它們;它們完全依賴於視覺。這激發了兩位馬賽大學的研究人員試圖模仿這些昆蟲的導航方式來建立無人機。他們的任務是設計出單靠視覺而能夠繞過障礙物的無人機。2月26日發布於 Bioinspiration & Biomimetics、Fabien Expert 及 Franck Ruffier 的論文中,敘述了無人機 BeeRotor 是如何能夠穿越圓形隧道並且避開障礙及避免撞毀。

微小的機身是由光流傳感器而非慣性導航引導,重量80克,機身為47公分長。它被連接到處於圓形管道中央的一個自由轉動的桿子末端。兩個旋翼使無人機保持於高空中。

Ruffier 解釋道,光流傳感器的原則其實很簡單,機器人並不會從地板來測量自身的速度或離地距離,但是如果底下的物體經過速度過快的話,全景視覺傳感器的回饋系統會被激發並增加速度來遠離地面以取得更寬廣的視野。機器人的“眼睛”總共有四個光流傳感器,兩個朝向前方而另外兩個朝向後方。每個傳感器都配有一個鏡頭來對準六個光電二極管上顯示的影像,而影像紀錄的是從一個像素移動到另一個像素的速度計算。“它的定向系統甚至能讓它避免撞上高達30度的斜坡,”Ruffier 說。

該小組目前正在開發一種旋翼機,能夠離開原本位居高度並自由地飛行。這項技術將需要增配兩個附加光流傳感器系統。他們將控制滾軸和偏航控桿,使得機身接近障礙物時可以任意轉向右側或左側。

如果原本使用幾十年的慣性導航系統就能精準地執行它的任務,那開發光流傳感器系統的意義是什麼呢?許多無人駕駛飛機製造商都在問這個問題。Ruffier 表示,航太工業對這樣的研發非常有興趣,特別是在歐洲。降落在在月球、火星或彗星的探測儀,其中慣性導航系統約占了20%的重量。Ruffier 說航空產業有如此興趣是因為,這樣的研發將使太空船的重量降低許多。他補充道,即使光流系統不取代太空船上的慣性系統,它們也可以拿來當作急救備案。