中國航空報訊：在開發機器人系統和計算工具時，計算機科學家經常從動物或其他生物系統中獲取靈感。事實上，根據一個系統的獨特特征和目的，自然界通常會提供具體的例子，說明它如何能夠快速有效地實現目標。

上海交通大學的研究人員最近開發了一種新的基于生物靈感和計算機視覺的障礙物規避系統，可以改善在動態環境中運行的飛行機器人的導航。這套系統的研究論文預發表在arXiv上，其靈感來自于貓頭鷹如何探測和避開周圍環境中的物體或其他動物。

“雖然貓頭鷹無法在任何方向上移動他們的眼睛（類似于立體相機），但他們有一個非常靈活的頸部，可以旋轉270度，這使得他們即使背后也可以快速觀察，而不需要重新定位他們的身體。”研究人員在論文中寫道。

為了復制貓頭鷹在不同方向上移動眼睛并探測周圍靜態和移動物體的方式，研究人員在一個四旋翼飛行器上安裝了一個伺服電機和一個立體相機。在他們的設計中，伺服電機作為頸部，立體相機作為頭部。由于立體相機的重量很輕，它的移動速度可以比機器人的身體快很多，而且它的移動幾乎不會影響機器人的運動質量和飛行方向。

該系統采用傳感器規劃算法，估算出機器人感知不同方向物體的好處，并據此規劃出它的“頭”（即立體相機）應該旋轉的角度。這樣一來，四旋翼機器人就會不斷地主動感知周圍環境，迅速識別出阻礙其前進的障礙物。

此外，該系統還能跟蹤并預測其附近移動障礙物的軌跡，根據周圍環境的變化調整其動作。最后，根據立體相機收集的數據，該系統使用基于采樣的路徑規劃器來規劃無碰撞路徑，勾勒出能讓機器人到達特定位置或完成任務的運動，而不會與其他物體發生碰撞和損壞。

“總的來說，這個系統被稱為主動感知和避免（ASAA）系統，”研究人員在論文中解釋道。“據我們所知，這是第一個應用主動立體視覺來實現飛行機器人避障的系統。”

上海交通大學的研究人員在真實環境中進行的一系列實驗中評估了他們的ASAA系統。在這些實驗中，一個四旋翼飛行器要么必須避開所有障礙物到達所需的位置，要么必須監控和捕捉一只人工老鼠。這些測試的結果是非常振奮人心的，因為機器人在這兩項任務中都表現得很好，能迅速適應環境的突然變化，避免與靜態和移動的障礙物發生碰撞。

此外，研究人員制作的原型采用了一個單一的立體攝像機；因此，它的價格相對便宜。這可能使其更容易制造和大規模實施。

未來，該系統可用于在更復雜的環境中執行任務，從城市地區到主要由野生動物居住的自然環境。該系統還可以啟發人們在類似設計的基礎上開發其他具有增強避障能力的飛行機器人。在接下來的研究中，研究人員將嘗試創建復制其他動物行為的系統，同時還將利用強化學習技術進一步提高系統的傳感性能。

原文標題：上海交大開發仿生飛行機器人避障系統 靈感來自貓頭鷹

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責任編輯：haq