「昆虫の脳」からインスピレーションを得たロボットは障害物を簡単に移動できる

昆虫の小さな脳が生物学的模倣の源である可能性は低いが、オランダのフローニンゲン大学とドイツのビーレフェルト大学の研究者らは、これがロボットの移動方法にとって理想的なシステムであると考えている。ショウジョウバエ (キイロショウジョウバエ) は、非常に単純ですが効果的なナビゲーション スキルを持っています。彼らは目に見えない直線に沿って素早く飛行し、障害物を避けるために左右に傾けて飛行するなど、対応する調整を行うためにほとんど脳力を使いません。

ロボット技術がますます進歩する時代に、チームはその流れに逆らって、飛んでいる小さな昆虫の針の頭ほどの大きさの脳からインスピレーションを得て、ほんの少しの労力とエネルギーで衝突を賢く回避できるロボットを開発した。

科学者たちは、ショウジョウバエの脳は非常に小さく、飛行中に利用できるコンピューティング リソースは非常に限られていると考えています。この生物学的モデルをロボットの「脳」で使用すると、効率的で低エネルギー消費と障害物を回避する動作を実現できます。

「電車に乗っているようなものです」とフローニンゲン大学の物理学者エリザベッタ・チカは言う。 「近くの木々は、遠くの家よりも速く動いているように見えます。昆虫はこの情報を利用して、物の距離を推測します。このことから私たちが学べることは、十分なリソースがない場合は、自分の行動を利用して問題を単純化できるということです。」

ショウジョウバエの脳では、周囲の物体の動きは、光学ニューロン T4 および T5 によって処理されます。ビーレフェルト大学の神経生物学者マーティン・エーゲルハーフ氏の協力を得て、チームはアルゴリズムを使用して小型ロボットの「脳」におけるこの神経活動をシミュレートし、方向情報を処理して効率的に移動し、経路上の障害物との衝突を回避する能力をロボットに与えた。

「ロボット工学の多くは効率性を重視していません」とチカ氏は言う。 「私たち人間は成長するにつれて新しいタスクを学ぶ傾向があり、ロボット工学ではこれが機械学習の現在のトレンドに反映されています。しかし、昆虫は生まれてすぐに飛ぶことができます。効率的な飛行は彼らの脳に組み込まれています。」

最終的に、この小さなロボットは、検出された動きが最も少ない領域にステアリングを切るという 1 つの主要な目標を達成しました。このハードウェアを設計したフローニンゲン大学のトーベン・シェープ氏は、この車輪付きロボットで一連のテストを実施し、飛行中の昆虫と同じように、オブジェクト間の中心点を見つけ、障害物を回避するように軌道を器用に調整できることを発見しました。