那些年，昆蟲帶給無人機的仿生學啟示

那些年，昆蟲帶給無人機的仿生學啟示

　　生物學上有一種觀點認為，單個的螞蟻其實是一個個器官，成群結隊的時候才是一只完整的生物。用這種想法來看待目前商用無人機的主要限制——有限的負載能力，催生了一種新的、依靠成群出動來完成任務的無人機形態。
　　這種無人機被設計得更加勢單力薄，因此必須完全依賴集體成為有用的個體，同時也更靈活、可用性更強。
　　這種無人機的一個應用目標是，把人從重復性的觀察活動中解脫出來，同時拓展他們的觀測范圍。

　　舉個例子，像是監控非法狩獵和伐木的情況，需要從較大的視角上長期頻繁觀察。這項任務非常適合能夠在樹林中穿梭的小型無人機，如果采用了集體合作的方式，就能解決負載能力有限的問題。比如，集體合作時可以讓一些無人機裝載小型攝像設備，另一些裝載GPS，另一些攜帶二氧化碳探測儀等傳感器，它們組成的集體則用于發現潛在的人類活動跡象。

　　它沒準會改變日后無人機應用的思路。而這一切都是從社群昆蟲身上得到的啟發。

　　從螞蟻身上學習協作策略

　　螞蟻社群的一個重要特點是，它們特別缺乏自我的概念，專注于做對群體最有利的事，因此分工協作的模型干擾因素更少。另外它們在地上爬動，方便觀察，這讓螞蟻兵團成為無人機協作的模仿原型之一。

　　比如，Pratt和Vijay在合作的項目就是要了解這些螞蟻在合作中如何決定誰朝哪個方向用力。Stephen Pratt是來自亞利桑那大學生命科學學院的助理教授，運營著Pratt實驗室研究螞蟻活動；Vijay Kumar則是賓夕法尼亞大學的機械工程和應用力學學院的教授。他也是正在設計社群協作無人機的團隊負責人，在GRASP（通用機器人，自動化，傳感和感應）實驗室進行工作。

Pratt和Vijay設計了一個四只腳裝有傳感器的輕裝置，引誘螞蟻來運輸它，借機觀察它們如何當即判斷用力的方向，并誘使它們表現出各自在群體中的角色。

　　基本上，根據他們的研究結果，螞蟻們是通過不斷地試錯找到中間的平衡點。在協作過程中，產生反作用的一方會迅速調整，Vijay說“就像幾個蒙著眼睛的人搬動一張桌子”。

　　目前，Vijay已經可以把這種即時學習的策略用在陸地使用的機器人身上，最終他希望能夠對飛行機器人起作用。

　　從甲殼蟲身上學習飛行技巧

　　除了運輸策略以外，飛行的技巧也是無人機從昆蟲身上學習一項內容。

　　加州大學伯克利分校的Michel Maharbiz認為，研究飛行就要讓昆蟲在飛行狀態下收集數據。他在甲殼蟲背上放了微小的芯片，把電極插入大腦和肌肉中。通過芯片上的無線設備接受信號，干擾甲殼蟲飛行，觀察它怎樣做出反應、保持飛行姿態。

　　科學家們想要從昆蟲的活動中尋找啟發，就像過去懷特兄弟受到鳥類啟發而發明了飛機一樣。但是飛機最終沒有撲扇翅膀升空，無人機的協作同樣不僅只是“仿生”。

　　當成群的無人機從實驗室環境中飛到自然環境中，沒有了布置在室內空間各個角落里的感應設備，如何才能通過GPS方便地操作他們進行寫作，完成指定的任務？而群體協作的無人機，還需要一套協作方案，使它們能夠通過成員位置來獨立靈活判斷任務，而不是由中央控制程序統一協調。這些都是在研究了昆蟲行為之后，把實驗室成果搬到戶外之前要解決的重要的問題。

　　目前的有利條件是，無人機的成本——從傳感器到儲存芯片——已經在飛速下降。在未來監管的問題也會逐步解決。

　　技術成熟之后，生物學家想要的數據會由無人機大量收集，就像目前的數據處理已經大量依賴數據庫和云計算中心，而科學研究有可能因此經歷重要的變化。