新技術：無人機和昆蟲機器人測繪災害區域

圖片來源於: Edgar Lobaton

引言

北卡羅萊納州立大學的研究人員開發了一種軟硬體結合的方案，使用無人機（UAV）和昆蟲機器人（也稱為生物機器人），繪製大範圍陌生區域的地圖，例如災難後倒塌的建築物。

設計思路

對於這種方案的相關設計思路，北卡羅萊納州立大學電氣和計算機工程專業助理教授，兩篇論文的合著者之一Edgar Lobaton 如是說：

「這種設計思路是由一群裝備感測器的生物機器人，例如遠程控制的蟑螂，進入倒塌的建築物或者其他危險的不明區域。」

「使用遠程控制技術，我們將生物機器人的活動限制在定義的區域中，這個區域通過靠近無人機上的燈塔的程度來定義。例如，生物機器人將會被限制在離無人機20米的區域中。」

具體過程

生物機器人可在規定區域中自由活動，當它們相互靠近的時候，通過無線電波發送信號給研究人員。然後，研究人員通過定製化的軟體，使用演算法將生物機器人的感測器數據轉化為未知環境的粗略測繪圖。

一旦程序接收到足夠多的數據，以便用於繪製規定區域的測繪圖，無人機將會移動並懸浮到鄰近的未知區域，生物機器人也伴隨它移動，繪製地圖過程就按照這樣的流程重複進行。軟體程序將新的地圖和舊的地圖縫合在一起。這個過程不斷重複，知道整個區域和結構的測繪完成，供應急人員和其他相關人員使用。

方案的優勢

對於這種測繪方案的優勢，Lobaton 說：

「這種方案可以應用於那些GPS信號無法使用的區域，例如倒塌的建築物。由無人機發出的強烈的無線電信號，可在一定程度上滲透到建築物中，引導生物機器人集群。只要我們能夠從集群的任何一部分獲取信號，我們就可以獲取集群中其他部分生物機器人的活動數據。基於我們的實驗數據，雖然你有時候會失去一些個體的軌跡，但是這不妨礙你搜集足夠多的數據用於測繪。」

具體實驗

文章的合著者、北卡羅來納州立大學的電氣和計算機工程專業的副教授 Alper Bozkurt，之前開發過功能性的蟑螂機器人。然而，為了測試他們的測繪技術，研究團隊使用了一種一英尺半的機器人，來模仿蟑螂的行為。

在實驗中，研究人員將這些機器人放置到迷宮一般的空間中，通過使用頭頂上的攝像頭和貼在移動車上的物理界標，來模仿無人機燈塔的效果。這輛車隨著機器人測繪而移動。

未來展望

對於該方案的應用前景和未來的工作，Lobaton 說：

「我們之前開發過一個概念驗證階段的軟體，它讓我們可以通過生物機器人測繪小的區域，但是這項研究讓我們可以測繪大的多的區域，將這些地圖連接在一起成為一個更廣泛的概覽。這十分有利於定位災難後的倖存者定位、找到找到安全途徑進行搜救、或者幫助搜救人員判斷建築結構的安全程度。下一步，將是使用生物機器人複製這些實驗。」

參考資料

【1】Alireza Dirafzoon, Alper Bozkurt, Edgar Lobaton.A framework for mapping with biobotic insect networks: From local to global maps. Robotics and Autonomous Systems, 2016; DOI: 10.1016/j.robot.2016.11.004

【2】https://news.ncsu.edu/2016/11/biobot-mapping-tech-2016/

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