立即发布
北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种软件和硬件的结合，使他们能够使用无人机和昆虫机器人或生物机器人来绘制大型、不熟悉的区域——比如灾难后倒塌的建筑物。
”的理念将会释放一群装备传感器biobots——例如远程控制蟑螂——变成一个倒塌的建筑物或其他危险,地图上未标明的区域,”埃德加Lobaton说助理数控电气和计算机工程教授描述的工作状态和两篇论文的作者之一。
“使用远程控制技术，我们将把生物机器人的活动限制在一个确定的区域，”洛巴顿说。“这个区域将由无人机上的信标的接近程度来定义。例如，生物机器人可能被禁止离开无人机超过20米。”
这些生物机器人将被允许在一个确定的区域内自由移动，并在它们靠近时通过无线电波向研究人员发出信号。然后，定制软件将使用一种算法，将生物机器人传感器数据转换成未知环境的粗略地图。
一旦该程序接收到足够的数据来绘制定义区域的地图，无人机就向前移动，在邻近的未探索区域上空盘旋。生物机器人跟着它移动，测绘过程重复进行。然后软件程序将新的地图缝到之前的地图上。这可以重复，直到整个区域或结构被绘制出来;这张地图可以供急救人员或其他当局使用。
洛巴顿说:“这对GPS无法使用的地区——比如倒塌的建筑物——是有用的。”“无人机发出的强烈无线电信号可以在一定程度上穿透一栋倒塌的建筑，控制住生物机器人群。只要我们能从蜂群的任何部分得到信号，我们就能检索到蜂群其余部分的活动数据。根据我们的实验数据，我们知道你会失去一些人的踪迹，但这不应该阻止你收集足够的数据来绘制地图。”
北卡罗来纳州立大学电气与计算机工程副教授Alper Bozkurt是这项研究的共同作者之前开发的功能蟑螂biobots．然而，为了测试他们的新地图技术，研究小组使用了一英寸半长的机器人来模拟蟑螂的行为。
在他们的实验中，研究人员将这些机器人释放到一个迷宫一样的空间，利用头顶上的摄像机和连接在移动推车上的物理边界来模拟无人机信标的效果。随着机器人绘制区域地图，推车被移动了。(实验视频可在https://www.youtube.com/watch?v=OWnrGsJEw6s&feature=youtu.be．)
“我们有之前开发的概念验证软件可以让我们用生物机器人绘制小区域的地图，但这项工作可以让我们绘制更大的区域，并将这些地图整合成一个全面的概述，”洛巴顿说。“在灾难发生后帮助寻找幸存者、找到联系幸存者的安全途径，或者帮助救援人员确定建筑物的结构安全程度方面，它将有更实际的用途。”
“下一步是使用生物机器人复制这些实验，这是我们感到兴奋的。”
一篇关于开发本地地图并将它们拼接在一起的框架的文章，”生物昆虫网络制图框架:从局部地图到全球地图，发表于机器人技术与自主系统．一篇关于基于移动传感器彼此间邻近性的测绘理论的文章，基于生物网络的几何学习和拓扑推理，发表于网络上的信号和信息处理．这两篇论文的第三位共同主要作者是Alireza Dirafzoon，他曾是北卡罗来纳州立大学的博士生。这项研究得到了美国国家科学基金会(CNS-1239243)的资助。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
生物昆虫网络制图框架:从局部地图到全球地图
作者: Alireza Dirafzoon, Alper Bozkurt和Edgar lo巴顿，北卡罗莱纳州立大学
发表: 11月11日,机器人技术与自主系统
DOI: 10.1016 / j.robot.2016.11.004
摘要:我们提出了一种方法来探索和测绘未知环境，使用一群半机械人昆虫，称为生物机器人，在最小的传感和定位约束下的紧急响应场景。我们利用自然随机运动模型和生物机器人的控制运动与一个空中领导者一起探索和绘制一个感兴趣的领域。采用滑动窗口策略，通过局部度量估计，利用agent的坐标自由接触信息构造局部映射。利用拓扑数据分析和分类方案，从这些局部表示中提取鲁棒拓扑特征。然后，这些地图被合并成全球地图，全球地图可以使用集成了环境的几何和拓扑特征的图形表示来可视化。在仿生机器人平台上的仿真和实验结果验证了该方法的正确性，为生物昆虫SLAM提供了构建模块。
基于生物网络的几何学习与拓扑推理
作者: Alireza Dirafzoon, Alper Bozkurt和Edgar lo巴顿，北卡罗莱纳州立大学
发表: 10月28日,基于网络的信号和信息处理
DOI: 10.1109 / TSIPN.2016.2623093
文摘:在本研究中，我们提出并分析了一个未知环境映射的几何和拓扑估计框架。我们考虑智能体模仿机械昆虫的运动行为，即生物机器人，并利用它们之间的无坐标局部交互来推断环境的几何和拓扑信息，在最小的传感和定位约束下。为了利用流形学习技术构建几何点云，本文提出了一种基于接触图的几何估计方法。利用拓扑数据分析(TDA)和所提出的分类方法来推断空间的鲁棒拓扑特征(如存在障碍物)。我们研究了所提出的度量在域的底层流形上对测地线距离收敛的渐近性态，并给出了拓扑持久性的稳定性分析结果。通过数值仿真和实验验证了该框架的收敛性和稳定性分析。
