法國科學(xué)家研發(fā)出了一種無需GPS的螞蟻機(jī)器人。拋開人造衛(wèi)星的信號(hào)，它們依靠太陽光編織出的“光學(xué)羅盤”進(jìn)行導(dǎo)航。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)會(huì)探索光學(xué)羅盤在航空機(jī)械和汽車工業(yè)上的潛力，在GPS失靈，例如行駛到兩棟高樓之間時(shí)提供備用導(dǎo)航方案。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Stéphane Viollet表示，團(tuán)隊(duì)正與一家法國汽車制造商開展合作。

相關(guān)論文近日發(fā)表在美國《科學(xué)-機(jī)器人學(xué)》期刊上。

螞蟻的方向感

這是從沙漠箭蟻那里獲得的靈感。螞蟻的方向感一直為人稱道，很大程度上依賴于體內(nèi)分泌的信息素。就像《格林童話》里的漢塞爾和格萊特在森林里邊走邊留下面包屑一樣，螞蟻們?cè)谛羞M(jìn)的道路上留下信息素，給同伴指引食物的方向，也給自己記下回巢的路徑。

但這一理論不適用于箭蟻。它們通常選在烈日當(dāng)空時(shí)出沒，此時(shí)沙漠的表面溫度足以蒸發(fā)一切信息素。

后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)箭蟻?zhàn)R路的奧秘是陽光。光波是一種電磁波，振動(dòng)方向垂直于傳播方向。具有特定振動(dòng)方向的光稱為偏振光。

人類的眼睛無法識(shí)別出偏振光，只能借助偏振濾光片感受到它們的存在。濾光片是一種由長長的平行分子鏈構(gòu)成的玻璃或塑料片，如柵欄一樣篩選特定振動(dòng)方向的光線透過。旋轉(zhuǎn)濾光片，當(dāng)“柵欄”的方向垂直于光的振動(dòng)方向，人們觀察到的光線就會(huì)變暗，當(dāng)“柵欄”方向平行于光的振動(dòng)方向，又會(huì)恢復(fù)原來的亮度。

太陽光羅盤

太陽光通常情況下是一種非偏振光。就像圍繞太陽這個(gè)中心點(diǎn)，扯出無數(shù)條的繩子，振動(dòng)角度平均分布在不同的方向上。但在晴朗的天氣里，大氣成了一片巨大的濾光片，只篩選特定振動(dòng)方向的光線落下

沙漠箭蟻的復(fù)眼能敏銳地感應(yīng)到紫外線頻段的偏振光。此時(shí)，廣闊的天空仿佛刻滿了平行的表格線，無邊的瀚海籠罩在一張巨大的光學(xué)羅盤之下。箭蟻依據(jù)這張羅盤辨別方向，再記錄爬行的步數(shù)，就能出巢數(shù)百米依然精確返航。這對(duì)于身如一芥的它們來說，已經(jīng)是驚人的距離。

一些實(shí)驗(yàn)也證明了太陽是箭蟻的指路明燈。科學(xué)家通過甜食引誘箭蟻在指定方向上爬行一段距離，再把它們裝在不透光的瓶子里帶出一段距離。

重新放回地面上，箭蟻只爬行了被抓進(jìn)瓶子前的距離就開始團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)找巢。顯然，在它們的概念里，應(yīng)該已經(jīng)到家了，不見光的那段距離并未被計(jì)算在內(nèi)。

螞蟻機(jī)器人

法國國家科研中心（CNRS）聯(lián)合艾克斯馬賽大學(xué)在沙漠箭蟻的啟發(fā)下把光學(xué)羅盤配置在了運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上，并附加一個(gè)朝向太陽的光學(xué)運(yùn)動(dòng)傳感器來記錄所覆蓋的距離。這個(gè)光學(xué)羅盤對(duì)偏振紫外線很敏感，在晴朗或多云天氣下辨別航向的準(zhǔn)確度達(dá)到0.4°。它只用到了兩個(gè)覆蓋偏振濾光片的像素，但科學(xué)家們用一種創(chuàng)新的機(jī)動(dòng)方式來控制濾光片的轉(zhuǎn)向，羅盤的實(shí)際能力與兩列374像素的傳感器相當(dāng)。這使得傳感器的生產(chǎn)成本從78000歐元大幅降低到數(shù)百歐元。

螞蟻機(jī)器人（AntBot）身具六足，只有2.3公斤重，在復(fù)雜地形上的活動(dòng)能力很強(qiáng)。研究人員為其設(shè)計(jì)了一項(xiàng)定點(diǎn)檢查并返航的任務(wù)進(jìn)行試驗(yàn)，覆蓋14米的總距離后，它的定位精度達(dá)到1厘米。

不過，一個(gè)缺點(diǎn)是螞蟻機(jī)器人在長距離運(yùn)動(dòng)后出現(xiàn)了過熱現(xiàn)象，仍待進(jìn)一步研究。此外，夜間、陰雨天氣下的運(yùn)動(dòng)能力也需要考慮。

相比起傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人和無人機(jī)，科學(xué)家希望螞蟻機(jī)器人未來能在山區(qū)、災(zāi)區(qū)和太空探索中發(fā)揮更強(qiáng)力的作用。