机器人视觉传感器（最新进展受生物学启发）

机器人视觉传感器（最新进展受生物学启发）“我们发现，从能量的角度来看，头部和身体一起工作是有利的。”Mongeau说。“由于头部较小，它的运动阻力或惯性较小，这意味着它可以对快速运动作出反应。而大得多的身体则对较慢的运动作出最佳反应。调整这两个部件不仅为苍蝇，也为其他动物节省了能量并提高了性能。”研究人员进一步测试了这些概念，将苍蝇的头部固定起来，让它经历同样的视觉刺激。他们发现苍蝇无法对快速的视觉运动做出反应--这证明了身体和头部运动的互补性优势。“当一只果蝇移动时，它协调其头部、翅膀和身体在空中飞行，躲避捕食者或寻找食物。”Mongeau说。“我们对研究果蝇如何协调这些运动的方式感兴趣，我们通过在虚拟现实中模拟飞行来进行探寻答案。”在虚拟现实飞行模拟器中对缓慢和快速的视觉运动做出反应，果蝇以不同的速度移动其头部和身体。研究人员对苍蝇的头部运动进行了测量和跟踪，以确定其凝视的方向，因为它的眼睛被固定在头部，不能独立移动。“我们

根据宾夕法尼亚州立大学的研究人员利用虚拟现实飞行模拟器，果蝇同步运动它们的头部和身体，以稳定它们的视觉并有效飞行。研究人员说，这一发现似乎在灵长类动物和其他动物中也是如此，表明动物进化到独立移动它们的眼睛和身体，以节省能量并提高性能。主要研究者、机械工程助理教授Jean-Michel Mongeau表示，这一认识可以为先进的移动机器人的设计提供参考。

研究人员昨天（5月3日）在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的成果。

Mongeau说：“我们发现，当控制其视觉时，果蝇会最大限度地减少能量消耗并提高飞行性能。而且，利用这种协调信息，我们开发了一个数学模型，准确地预测了其他视觉活跃动物的类似同步。”

研究人员使用高速摄像机记录了一只被LED视频屏幕包围的果蝇，研究人员在屏幕上投射了果蝇在飞行时看到的画面，创造了一种身临其境的虚拟现实体验，使果蝇像自由飞行一样移动。

“当一只果蝇移动时，它协调其头部、翅膀和身体在空中飞行，躲避捕食者或寻找食物。”Mongeau说。“我们对研究果蝇如何协调这些运动的方式感兴趣，我们通过在虚拟现实中模拟飞行来进行探寻答案。”

在虚拟现实飞行模拟器中对缓慢和快速的视觉运动做出反应，果蝇以不同的速度移动其头部和身体。研究人员对苍蝇的头部运动进行了测量和跟踪，以确定其凝视的方向，因为它的眼睛被固定在头部，不能独立移动。

“我们发现，苍蝇的头部和身体运动是互补的，即身体在较慢的视觉运动中移动最多，而头部在较快的运动中移动最多。” Mongeau说。“身体和头部一起工作有助于稳定从非常慢到非常快的飞行运动。”

研究人员进一步测试了这些概念，将苍蝇的头部固定起来，让它经历同样的视觉刺激。他们发现苍蝇无法对快速的视觉运动做出反应--这证明了身体和头部运动的互补性优势。

“我们发现，从能量的角度来看，头部和身体一起工作是有利的。”Mongeau说。“由于头部较小，它的运动阻力或惯性较小，这意味着它可以对快速运动作出反应。而大得多的身体则对较慢的运动作出最佳反应。调整这两个部件不仅为苍蝇，也为其他动物节省了能量并提高了性能。”

研究人员利用控制理论，即一个涉及设计自动驾驶仪等反馈系统的工程分支，将苍蝇的运动结果与其他动物进行了比较，包括一项关于灵长类动物运动的经典研究。

“使用相同的模型，我们研究了动物王国中其他动物，包括其他昆虫、老鼠和鸟类等的眼睛、头部和身体的惯性比率。”Mongeau说。“果蝇移动其头部和身体的方式与灵长类动物移动其头部和眼睛的方式非常相似，这很了不起，因为它们在几亿年前就已经分化了。”

正如头部比身体轻一样，眼睛也比头部轻，移动时需要的能量更少。根据Mongeau的说法，独立移动的眼睛和头部标志着脊椎动物化石记录中从水到陆地的过渡。

“ 3.5亿多年前从水里过渡到陆地时，控制头部和眼睛运动的机制的发展可能有很大的进化好处。”Mongeau说。“我们发现眼睛、头部、身体的比例较为巧妙，这表明惯性可能是视觉进化中的一个重要制约因素。”

机械工程博士候选人和论文第一作者Benjamin Cellini表示，研究人员的发现可用于提高机器人的能源效率和性能，

“在机器人技术中，传感器的位置通常是固定的。”Cellini说。“但在动物界，传感和运动是耦合的，因为许多物理传感器，如眼睛，会移动。受生物学的启发，我们可以通过使基于视觉的传感器移动来设计更节能的机器人。”

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