مگس‌ها چگونه به دانشمندان برای ساخت ربات‌های پرنده کمک می‌کنند؟

مگس‌ها شاید موجودات ساده‌ای به نظر برسند، اما سیستم بینایی آنها یکی از نمونه‌های شگفت‌انگیز طبیعت برای کنترل سریع پرواز است. پژوهشگران سال‌هاست حرکات چشم و نحوه پردازش حرکت در چشم مگس را بررسی می‌کنند تا از آن برای ساخت ربات‌ها و پهپادهای سریع‌تر و چابک‌تر الهام بگیرند.

چشم مرکب مگس برخلاف دوربین‌های معمولی، میدان دید بسیار گسترده‌ای دارد و از تعداد زیادی واحد بینایی کوچک تشکیل شده است. این ساختار به مگس اجازه می‌دهد تغییرات حرکت محیط اطراف را با سرعت زیادی تشخیص دهد؛ قابلیتی که برای کنترل پرواز و جلوگیری از برخورد با موانع اهمیت زیادی دارد.

پژوهشگران متوجه شده‌اند که مگس از اطلاعات بصری برای اصلاح مسیر پرواز خود استفاده می‌کند. زمانی که تصویر محیط روی چشم تغییر می‌کند، سیستم عصبی مگس می‌تواند این تغییرات را برای تشخیص حرکت، فاصله از موانع و اصلاح مسیر به کار بگیرد.

این سازوکار که با مفهوم optic flow یا «جریان نوری» شناخته می‌شود، یکی از ایده‌های مهم در طراحی سیستم‌های بینایی ربات‌هاست. ربات می‌تواند به جای ساختن یک نقشه پیچیده سه‌بعدی از محیط، از تغییرات الگوی تصویری برای کنترل حرکت خود استفاده کند.

بسیاری از ربات‌ها و پهپادهای امروزی از دوربین‌ها و حسگرهای مختلف برای تشخیص محیط استفاده می‌کنند. اما پردازش حجم زیادی از اطلاعات تصویری به توان محاسباتی و سخت‌افزار نسبتاً پیچیده نیاز دارد.

چشم حشرات نشان می‌دهد که می‌توان با دریافت اطلاعات محدودتر اما بسیار سریع، برای حرکت در محیط تصمیم‌گیری کرد. به همین دلیل، سیستم‌های بینایی الهام‌گرفته از حشرات برای ربات‌های کوچک، پهپادها و وسایل پرنده خودران مورد توجه قرار گرفته‌اند.

پژوهش‌های پیشین حتی به ساخت حسگرهای مصنوعی بر اساس چشم مرکب حشرات منجر شده است. این حسگرها می‌توانند حرکت را در میدان دید وسیع تشخیص دهند و اطلاعات مورد نیاز برای هدایت ربات را با پردازش نسبتاً ساده فراهم کنند.

در برخی آزمایش‌ها نیز پژوهشگران از حسگرهای بینایی الهام‌گرفته از حشرات برای پایدارسازی و کنترل پرواز ربات‌های بسیار کوچک استفاده کرده‌اند.

موضوع فقط ساختن یک چشم مصنوعی شبیه چشم مگس نیست. مطالعات زیستی نشان داده‌اند که در چشم مگس نیز حرکات بسیار کوچک وجود دارد و پژوهشگران تلاش کرده‌اند نقش این حرکات را در پردازش اطلاعات بصری بهتر درک کنند.

این ایده در رباتیک با مفهوم «بینایی فعال» ارتباط دارد؛ یعنی حسگر فقط منفعلانه تصویر محیط را ثبت نمی‌کند، بلکه حرکت خود حسگر نیز می‌تواند به استخراج بهتر اطلاعات کمک کند. چنین رویکردی می‌تواند در طراحی نسل جدید سیستم‌های بینایی ربات‌ها کاربرد داشته باشد.

پژوهش درباره چشم مگس نمونه‌ای از روند گسترده‌تر در رباتیک است؛ مهندسان به جای تلاش برای ساختن حسگرهایی کاملاً مشابه دوربین‌های انسانی، به سراغ راهکارهای متفاوتی می‌روند که طبیعت طی میلیون‌ها سال تکامل داده است.

چشم مرکب حشرات به دلیل میدان دید گسترده، تشخیص سریع حرکت و مصرف نسبتاً پایین منابع پردازشی، همچنان یکی از الگوهای مهم برای ساخت سیستم‌های بینایی رباتیک و کنترل وسایل پرنده خودران محسوب می‌شود.