蜜蜂大腦中高效辨識顏色的運算公式可用於無人機和機器人

科學家正在研究蜜蜂辨識顏色的原理，並表示蜜蜂的高效視覺系統可為機器人和無人機觀察世界帶來革命性的出路。

一種蜜蜂的特殊眼睛可讓他們在任何燈光環境中辨識顏色。Supplied: Luis Mata, RMIT

人類辨識顏色的方式深受周圍環境光照變化的影響，比如在日落或午夜時分。但蜜蜂在不同的環境光照中都能辨識同樣的顏色。

一支來自墨爾本的團隊正在研究蜜蜂解開這一難題的辦法——除了使用頭前方的兩隻複眼為主以外，還會使用三隻位於頭頂的特殊眼睛。

「這三隻眼睛朝著天空，它們直接在我們的頭頂捕捉（環境）光照的顏色，」來自墨爾本皇家理工大學（RMIT University）的艾德里安·戴爾博士（Dr Adrian Dyer）說。

「無論今天是個晴天還是陰天，（這三隻眼睛）都能監測到。」

「這意味著它們的大腦了解它們身處怎樣的光照環境，然後當它們（用另兩隻主要的複眼）直視一朵花時，它們可以說，『啊，因為今天是個大晴天，所以正確的顏色應該是這樣顯示出來的；或者，若今天是個陰天，那麼它會以其它形式表現出來。』」

艾德里安·戴爾博士（Dr Adrian Dyer）

這種能力對蜜蜂來說是至關重要的，因為這種能力能允許他們尋獲最好的花朵以採集食物、帶回蜂巢。

這支團隊發現，蜜蜂頭頂的三隻眼睛名為單眼（ocelli）,包含兩個可以完美感應環境光照的顏色接收器。

由單眼（ocelli）收集的信息會和長在前面的兩隻複眼辨識到的顏色信息相結合。

為了證實這一過程，研究者們繪製了從單眼（ocelli）發送出的「神經示蹤」（nerual tracings）的模式圖，顯示出單眼（ocelli）把收集到的信息提供給大腦中進行顏色處理的區域。

這個項目是由一個聯合團隊完成的，團隊成員分別來自墨爾本皇家理工大學（RMIT University）、蒙納士大學（Monash University）、墨爾本大學（University of Melbourne）和迪肯大學（Deakin University）。他們的研究結果將於今天發表在一份名為《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，通常簡稱為PNAS）的科學期刊上。

圖為寨爾·嘉西亞博士（Dr Jair Garcia，圖左）馬爾賽羅·羅薩教授（Professor Marcello Rosa）和艾德里安·戴爾博士（Dr Adrian Dyer，圖右）三位研究人員在研究蜜蜂處理顏色信息的過程。Supplied: Monash University

科技效仿蜜蜂

正如人類無法可靠辨識顏色，攝影機、機器人和無人機同樣面臨這個難題，因為我們周圍的環境光照會產生變化。

戴爾博士表示，這個曆日曠久的難題阻礙了技術的進步，使一系列任務難以實施。

「對機械視覺來說這是個很大的難題，（機器）該如何在環境光照的顏色產生變化時做出可靠的決定呢？」他說。

「所以我們的研究著眼於蜜蜂解決這一難題的原理。」

這支團隊發現了蜜蜂的大腦在處理一些材料時使用的數學原理。這些材料由蜜蜂頭頂的三隻眼睛收集到的環境光照信息經大腦處理後，被用於調整映入它的兩隻主要的複眼的畫面。

這些數學公式可以輕鬆地編入計算機程序中。

使用這項技術的例子之一來自於園藝學（horticulture）。

無人機可在種植園附近飛行，它還可能會在夜間飛行。它們能精準地識別不同水果的顏色，以確定它們是否已經可以採摘。

管理者便可做出精準的決定，從而有效地部署他的勞動力。

這種更精準地分析顏色的能力還能用於由無人機運行的基礎設施檢查，例如檢查大橋或分析礦物質沙地。

「這些想法已經出現很久了，但如何能精準地判定顏色一直是癥結所在，」戴爾博士說。

這個項目的資金支持來自澳大利亞研究理事會（Australian Research Council）。

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