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蜜蜂导航策略让远距离无人机成功返回

  发布于2026-05-26 阅读(0)

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来源:科技日报

科技日报记者 刘霞

当无人机飞入没有GPS信号的区域,如何找到回家的路?荷兰与德国科学家联手,从蜜蜂身上找到了灵感。他们提出一种全新的无人机导航策略,让体型小巧的无人机也能像蜜蜂一样,即使远行,也能精准返航。这项被称为“蜜蜂导航”的研究,近期登上了《自然》杂志。

在无法依赖GPS的环境里,无人机通常需要自己构建周围环境的地图来导航。这套方法虽然有效,但对计算能力和内存的需求极高,导致系统既昂贵又耗能。有没有更轻巧、更高效的方案?

自然界早已给出了答案。蜜蜂的大脑虽小,却能在长途采蜜后准确无误地飞回蜂巢。它们的秘诀是什么?简单来说,是两种能力的结合:一是利用视觉线索估算自己飞行的距离和方向,类似于一种“视觉里程计”;二是依靠视觉记忆,牢牢记住家园周围的环境特征。

有趣的是,蜜蜂的“里程计”本身并不完美,它会随着时间推移产生误差,就像我们的步数统计也会慢慢失准。这时,视觉记忆就起到了关键的校正作用。科学家们对昆虫“里程计”的神经机制已有相当深入的了解,但对于它们如何形成和调用视觉记忆,仍有许多未解之谜。

为了破解这个难题,来自荷兰代尔夫特理工大学、瓦赫宁根大学以及德国奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学的生物学家团队,共同提出了一个模仿蜜蜂的导航策略。

这个策略的核心流程非常巧妙。首先,无人机在“家园”附近进行一次短暂的学习飞行,期间它会像蜜蜂一样,采集周围环境的全景图像。随后,一个名为“Cyberzoo”的微型神经网络开始工作,它专门负责处理这些图像信息,并从中估算出返回家园的方向和距离。

结果令人振奋。实验证明,即使存在测距漂移,这套基于视觉的归航方案依然非常有效。Cyberzoo神经网络仅需3.4千字节的极小数据量,就能解读环境图像并完成导航计算。在测试中,无人机从学习区域内的不同起点出发,进行了四次飞行。它能够根据估算的距离智能调整速度:远离家园时加速飞行,接近家园时则放缓速度。最终,所有飞行都成功返回了起点。

在初步的室内实验获得成功后,研究团队又将测试扩展到了更大、更复杂的室内外真实环境。其中一次户外测试在荷兰的瓦尔肯堡无人机研究现场进行,无人机飞行距离超过了600米。尽管环境更为开阔多变,但这架仅依靠一个42千字节神经网络的无人机,再一次顺利完成了返航任务。

这项研究的意义在于,它展示了一条截然不同的路径:无需构建庞大的环境地图,仅依靠极简的神经网络和仿生策略,就能实现高效、低功耗的自主导航。这对于未来开发需要在复杂或无GPS环境中作业的小型、微型无人机,无疑提供了一个充满潜力的新方向。

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