繼蝙蝠之後，無人機導航能從這種來自南美的鳥身上獲得什麼靈感？
丹麥的 Danish Drone Strategy 旨在將丹麥置於最先進的無人機技術的前沿。商業用戶和無人機操作員的數量都在增加，但出於安全考慮，該法律要求無人機在無人機駕駛員的視線範圍內操作。
這個要求限制了無人機在良好能見度條件下的使用，以及無人機的其他潛力。例如常規的監測任務可能會受到霧天或多雲天氣的阻礙。而緊急情況，如森林火災或燃燒的建築物，可能會受益於無人機控制的無人機，它們具備自動識別障礙物的能力。我們如何進一步開發和優化無人機技術，以避免這種擔憂？
從來自南美洲的油鴟身上尋找答案可能會是方法之一。油鴟結合了回聲定位和極其敏感的視覺，找到了穿越黑暗洞穴的途徑。解碼它們是如何做到這一點的，可以幫助開發無人駕駛飛機。在此之前先來看看一些我們如何模仿自然的例子。
積極的感官知覺和仿生靈感
通過模仿自然的形狀和功能，生物學家和工程師們創造了所謂的仿生機器人，它們是跑酷的專家，能像蜥蜴一樣聽到聲音，聞起來像嗅探犬。為什麼類似的靈感不能導致無人機導航系統的改進呢？比如那些已經適應了可變或低光照條件的動物。
大多數感覺系統都是被動的，依靠外部信號來激活神經系統。例如光能被要求激活我們的視覺，使我們能夠看到。回聲定位是少數幾個不依賴外部能量的感覺之一。相反，動物本身通過主動發出信號來探測周圍環境，然後從周圍的環境中傳送感覺反饋，然後大腦就會對這些信號進行解釋。
蝙蝠：回聲定位的無冕王
大多數人都知道蝙蝠是回聲定位的專家，在夜空中穿行，通過發出聲音來捕捉獵物，並傾聽它們周圍的回聲，這讓他們可以區分好吃的零食和障礙。
一個物體的大小與回聲定位信號中所包含的頻率之間的物理關係決定了物體返回時的回聲強度。一般來說，信號頻率越高，可以檢測到的物體就越小。蝙蝠最常用的超聲波頻率高於我們的聽力範圍，這使得它們能夠探測到只有幾毫米大小的物體，比如昆蟲。
蝙蝠是回聲定位的無冕之王，它們的生物聲納功能得到了很好的研究，從而為無人機聲納開發仿生模型。但由於它們比目前大多數無人機都要小得多，也更具機動性，這使得它們成為一個難以使用的模型。它們作為回聲定位專家的地位是 6500 萬年進化的結果。
它們有巨大且複雜的外耳來幫助它們確定聲音和回聲的方向，以及內耳的放大部分，以及大腦中專門用來處理聲音輸入的高度發達的部分。科學家們一直在仿生機器人中努力模仿著這些先決條件。
油鴟：用羽毛包裹的油脂
油鴟是一種奇怪的夜間活動和以水果為食的鳥類，生活在南美熱帶雨林中。在它們離開鳥巢前不久，年輕的油鴟寶寶的體重大大超過了父母 400 克的體重。和許多種類的鯨魚一樣，這些油鳥被當地人和早期的歐洲殖民者獵殺，用它們的脂肪來做燈和烹飪。
儘管重量相當大，但大翅膀和高達近一米的翼展使得它們能像蜂鳥一樣在天空中幾乎一動不動地盤旋。相反地，它們不能在一條腿上保持平衡，也不能在垂直的表面上棲息，這對於一隻在黑暗洞穴里築巢的鳥來說是一個奇怪的缺陷，它們白天會躲藏起來。
對油鴟感覺系統的研究表明，它們遠不止是羽毛上的油脂。就像蝙蝠一樣，它們也可以利用回聲定位來移動，並在它們在白天棲息的黑暗洞穴中的巢穴中飛行。
油鴟不利用回聲定位來捕獵。雖然它們是夜間活動的，但它們主要是通過視覺導航，而且可能對任何脊椎動物都有最敏銳的觀察力。他們在懸崖峭壁上無法平衡需要精確的著陸技巧，尤其是在一個漆黑的洞穴里，那裡有上百隻鳥可以在任何時間飛行，而且噪音水平也非常高。回聲定位幫助鳥類解決這一難題。
油鴟很難研究，因為它們很害羞，沒有被長時間囚禁過，而且棲息在難以接近的地方。所以我們對它們的回聲定位系統仍然知之甚少。油鴟有趣之處在於，與蝙蝠不同，它們能夠在沒有大的外部耳朵、超聲波或任何已知的神經系統聽覺特徵的情況下使用回聲定位技術。
通過研究油鴟在自然界的回聲定位行為，最近發現它們根據周圍環境的光水平，積極調整聲音信號的音量。研究者用多個麥克風記錄了這些鳥飛進飛出洞穴入口的情況。
通過這種方式，我們可以利用麥克風記錄的聲音信號來確定鳥在空中的位置，並首次計算出它們聲納信號的強度。聲音在遠離光源時失去能量，但是這種損失是可以預測的，如果知道發送者和接收者之間的距離，可以對它進行補償。
模仿油鴟比蝙蝠更容易
記錄顯示，在滿月附近的良好光照條件下，油鳥發出較低強度的聲納信號，而當周圍的光水平降低時，它們通常會增加無月夜的音量。
這意味著它們增加了回聲定位的範圍，因為他們發現視線更難看到。這兩種感覺系統之間的相互作用指導它們的行為和優化他們的表現，因此可以解決在變光條件下航行的挑戰。因此，油鴟可以為仿生研究提供一個合適的模型系統，這可能有一天會使無人機的導航技術得到改進。
下一個階段回到雨林，用麥克風和其他錄音設備把小背包放在鳥身上。通過這種方式可以更準確地了解鳥類聽到的聲音，他們說的是什麼，以及它們如何調整自己的行為，以適應它們在翅膀上漫遊自然棲息地時所經歷的光線和聲音。
雖然人類對脊椎動物的感覺系統有一些了解，特別是視覺和聽覺，但要研究幾個系統之間的相互作用常常是困難的。使用背包可以讓研究者測量鳥在任何時候接收到的感覺輸入(光和聲音)。因為回聲定位是一種主動的感覺系統，可以直接將這個輸入的變化與它們在自然棲息地的行為方式聯繫起來，以改變它們的飛行和回聲定位輸出。
從長遠來看，究結果最好能得到神經生理學數據的補充，這將幫助研究翻譯視覺和聽覺輸入是如何整合在油鴟的大腦里的。然後這可以轉化為演算法，提高無人機的精度、性能和自主移動的能力，不受限於無人機駕駛員的距離等因素。
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