不需GPS導航的昆蟲型機器人
編譯／陳宣豪
沙漠中的螞蟻
螞蟻的導航能力，在自然界中別具一格。一般常見的螞蟻，是憑藉尋覓食物的過程中所殘留的費洛蒙（pheromone），來定位巢穴位置。不過，生活於沙漠地帶的Cataglyphis fortis，因為費洛蒙不耐沙漠高溫，演化出不同於其他螞蟻的定位導航系統。
依據法國國家研究中心（Centre national de la Recherche scientifique，CNRS）和馬賽大學（Aix-Marseille University）研究團隊的觀察：C. fortis可以透過「視覺導引」（visual guidance，簡稱VG）及「路徑整合」（path integration，簡稱PI）兩種不同方式，來確認巢穴的位置。其中，視覺導引（VG），是指沙漠螞蟻可以透過記憶特殊地標的相對位置來導航。不過，沙漠中不時出現的風沙，容易將走過的痕跡或不穩固的地標給抹去，很難有顯著的地標可以長時間存在。
路徑整合（PI），則是C. fortis可以透過複眼中獨特的光感受器，捕捉人類無法看到的太陽偏振光來定位、計算本身行進的速度和步數，讓沙漠螞蟻清楚知道自己走了多遠？還需要多久才能回到巢穴？更重要的是：C. fortis的大腦僅有數千個神經元，便可完成一應偵測與運算。
仿生機器蟻
圖一、AntBot在外觀上，有著與昆蟲相似的六條腿。（圖片來源：Julien Dupeyroux, ISM, CNRS/AMU）
研究團隊於是效仿C. fortis，以相對簡單的設備取代GPS，設計出全機重量僅2,300公克的AntBot。其中的靈魂所在─天體指南針，傳感器構造簡單，僅有兩顆光電二極管，卻能將太陽的偏振紫外光轉換成電信號，幫助機器人通過偏振光來確定自己的航向。同時，光電二極館對環境中的偏振紫外線極為靈敏，即使天候不佳時，天體指南針亦可正常運作。
GPS之外的定位導航系統
AntBot目前因搭載的小馬達容易過熱，並且電力有限，僅能進行短程航行。然而，天體指南針的設計及生產成本僅約500美元左右，相較於其他常見的GPS替代方案─無論是機器視覺（machine vision）或光學雷達（lidar）─都相對低廉。未來更有機會進一步與其他感知設備整合，不但可以突破GPS的使用侷限，更可以在遍布金屬或各種擾亂磁場的都市環境中運行，替代人類探索未知領域，或執行搜救任務。
編譯來源
CNRS News, “The first walking robot that moves without GPS”, CNRS, 2019.
參考資料
- J. Dupeyroux, J. Serres and S. Viollet, “AntBot: A six-legged walking robot able to home like desert ants in outdoor environments“, Science Robotics, vol. 4, no. 27, p. eaau0307, 2019.
- M. Simon, “A 6-legged robot stares at the sky to navigate like a desert ant”, WIRED, 2019.
(本文由教育部補助「AI報報─AI科普推廣計畫」執行團隊編譯)