昆虫的大脑只有针头大小,因此能够发挥出色的导航能力。它们避开障碍物并穿过小开口。他们如何以有限的脑力做到这一点?了解昆虫大脑的内部工作原理可以帮助我们寻找节能计算;格罗宁根大学的物理学家ElisabettaChicca展示了她的最新成果:一个像昆虫一样行动的机器人。
在决定你的脚或翅膀应该做什么时,使用通过你的眼睛看到的图像并不容易。这里的一个关键方面是当你移动时物体的明显运动。“就像你在火车上一样,”奇卡解释道。“附近的树木似乎比远处的房子移动得更快。昆虫利用这些信息来推断物体有多远。这在直线移动时效果很好,但现实并不那么简单。”
对于昆虫来说,曲线移动会使问题变得过于复杂。为了让他们有限的脑力能够掌控一切,他们会调整自己的行为:直线飞行,转弯,然后再直线飞行。Chicca解释说,“我们从中学到的是:如果你没有足够的资源,你可以用你的行为来简化问题。”
为了寻找驱动昆虫行为的神经机制,博士。学生ThorbenSchoepe开发了一个神经元活动模型和一个使用它进行导航的小型机器人。所有这些都是在Chicca的监督下完成的,并与比勒费尔德大学的神经生物学家MartinEgelhaaf密切合作,后者帮助确定了昆虫的计算原理。
舍普的模型基于一个主要原则:始终转向运动最不明显的区域。他让机器人穿过一条长长的“走廊”——由两堵墙组成,上面有随机的印刷图案——机器人位于走廊的中央,就像昆虫经常做的那样。
在其他(虚拟)环境中,例如有障碍物或小开口的空间,舍普的模型也表现出与昆虫类似的行为。“这个模型非常好,”奇卡总结道,“一旦你设置好它,它就会在各种环境中运行。”这就是这个结果的美妙之处。”
机器人可以在现实环境中导航这一事实并不新鲜。相反,该模型深入了解昆虫如何完成工作以及它们如何如此有效地完成工作。Chicca解释说:“机器人技术的大部分内容并不关心效率。我们人类倾向于在成长过程中学习新的任务,而在机器人技术中,这反映在当前机器学习的趋势中。但是昆虫从出生起就能够立即飞行。一种有效的方法是在他们的大脑中根深蒂固的。”
以类似的方式,你可以提高计算机的效率。Chicca展示了她的研究小组之前开发的一种芯片:表面积比键盘上的按键还小的条带。未来,她希望将这种特定的昆虫行为也纳入芯片中。她评论道:“你可以构建特定的硬件,即完成这项工作的微型芯片,而不是使用具有所有可能性的通用计算机,从而使设备变得更小且节能。”