中國航空報訊：在開發(fā)機器人系統(tǒng)和計算工具時，計算機科學家經(jīng)常從動物或其他生物系統(tǒng)中獲取靈感。事實上，根據(jù)一個系統(tǒng)的獨特特征和目的，自然界通常會提供具體的例子，說明它如何能夠快速有效地實現(xiàn)目標。

上海交通大學的研究人員最近開發(fā)了一種新的基于生物靈感和計算機視覺的障礙物規(guī)避系統(tǒng)，可以改善在動態(tài)環(huán)境中運行的飛行機器人的導航。這套系統(tǒng)的研究論文預發(fā)表在arXiv上，其靈感來自于貓頭鷹如何探測和避開周圍環(huán)境中的物體或其他動物。

“雖然貓頭鷹無法在任何方向上移動他們的眼睛（類似于立體相機），但他們有一個非常靈活的頸部，可以旋轉(zhuǎn)270度，這使得他們即使背后也可以快速觀察，而不需要重新定位他們的身體。”研究人員在論文中寫道。

為了復制貓頭鷹在不同方向上移動眼睛并探測周圍靜態(tài)和移動物體的方式，研究人員在一個四旋翼飛行器上安裝了一個伺服電機和一個立體相機。在他們的設計中，伺服電機作為頸部，立體相機作為頭部。由于立體相機的重量很輕，它的移動速度可以比機器人的身體快很多，而且它的移動幾乎不會影響機器人的運動質(zhì)量和飛行方向。

該系統(tǒng)采用傳感器規(guī)劃算法，估算出機器人感知不同方向物體的好處，并據(jù)此規(guī)劃出它的“頭”（即立體相機）應該旋轉(zhuǎn)的角度。這樣一來，四旋翼機器人就會不斷地主動感知周圍環(huán)境，迅速識別出阻礙其前進的障礙物。

此外，該系統(tǒng)還能跟蹤并預測其附近移動障礙物的軌跡，根據(jù)周圍環(huán)境的變化調(diào)整其動作。最后，根據(jù)立體相機收集的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)使用基于采樣的路徑規(guī)劃器來規(guī)劃無碰撞路徑，勾勒出能讓機器人到達特定位置或完成任務的運動，而不會與其他物體發(fā)生碰撞和損壞。

“總的來說，這個系統(tǒng)被稱為主動感知和避免（ASAA）系統(tǒng)，”研究人員在論文中解釋道。“據(jù)我們所知，這是第一個應用主動立體視覺來實現(xiàn)飛行機器人避障的系統(tǒng)。”

上海交通大學的研究人員在真實環(huán)境中進行的一系列實驗中評估了他們的ASAA系統(tǒng)。在這些實驗中，一個四旋翼飛行器要么必須避開所有障礙物到達所需的位置，要么必須監(jiān)控和捕捉一只人工老鼠。這些測試的結(jié)果是非常振奮人心的，因為機器人在這兩項任務中都表現(xiàn)得很好，能迅速適應環(huán)境的突然變化，避免與靜態(tài)和移動的障礙物發(fā)生碰撞。

此外，研究人員制作的原型采用了一個單一的立體攝像機；因此，它的價格相對便宜。這可能使其更容易制造和大規(guī)模實施。

未來，該系統(tǒng)可用于在更復雜的環(huán)境中執(zhí)行任務，從城市地區(qū)到主要由野生動物居住的自然環(huán)境。該系統(tǒng)還可以啟發(fā)人們在類似設計的基礎(chǔ)上開發(fā)其他具有增強避障能力的飛行機器人。在接下來的研究中，研究人員將嘗試創(chuàng)建復制其他動物行為的系統(tǒng)，同時還將利用強化學習技術(shù)進一步提高系統(tǒng)的傳感性能。

原文標題：上海交大開發(fā)仿生飛行機器人避障系統(tǒng) 靈感來自貓頭鷹

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