大学公园,爸爸。通过研究果蝇是如何利用眼球运动以惊人的快反应速度——大约比眨眼快30倍——来增强飞行控制能力的，宾夕法尼亚州立大学的研究人员已经详细地建立了一个框架来在机器人中模拟这种能力。
研究人员在今天(8月31日)发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上的一篇论文中，描述了果蝇被拴在一个虚拟现实飞行模拟器中的运动，该模拟器由LED灯构成，用高速摄像机记录下来。
“如果你能研究苍蝇做它们最擅长的事情——飞行——你就能找到一些令人难以置信的生物学中已经存在的工程解决方案，”研究机械工程的博士生、该论文的第一作者本杰明·切里尼(Benjamin Cellini)说。
切里尼和他的导师、机械工程助理教授、生物运动系统实验室主任让-米歇尔·蒙吉奥(Jean-Michel Mongeau)能够确定果蝇是如何利用眼球运动来快速协调翅膀对所看到的东西做出反应的。由于苍蝇的眼睛是固定在头部的，研究人员通过追踪头部的运动来推断苍蝇在看什么。
飞运动
宾夕法尼亚州立大学的研究人员在虚拟现实中探索果蝇的快速运动。
凝视是一种很普通的现象，大多数生物都能做到。例如，我们无缝地移动我们的眼睛、头部和/或身体来扫描一个房间。
“但这是一个具有挑战性的复杂问题，我们和其他动物是如何做到这一点的?””Mongeau说。“我的实验室对主动传感感兴趣，这是工程和生物学的一个分支，研究传感器的运动，比如眼睛扫描房间，如何增强传感本身。”
虽然之前在这一领域的很多研究都集中在翅膀的运动上，但是了解像苍蝇这样的动物是如何利用主动的眼球运动来控制飞行可以极大地提高机器人技术。目前，大多数机器人都有固定的传感器，保持传感和运动的解耦。然而，通过协调能够在身体上移动的视觉传感器，更好地模拟眼睛和大脑，机器人的飞行控制可以得到极大的改善。
为了支持这一理论，研究人员确定果蝇眼睛的反应速度比身体或翅膀快四倍。这些反应也是紧密耦合的，这表明果蝇很大程度上依赖眼睛的运动来协调它们的翅膀运动。
“我们已经证明，通过减少运动模糊，他们的眼睛能够更好地控制和稳定他们的视力，”切里尼说。“就像在体育运动中一样，他们教棒球运动员用眼睛盯着球看，以减少模糊，提高击球效果。”
此外，他们还发现，当把胶水小心地涂在果蝇的头上，然后在虚拟现实飞行模拟器上进行记录时，对它们头部运动的限制会对飞行表现产生巨大影响。
机械工程助理教授Jean-Michel Mongeau调整虚拟现实飞行模拟器。
蒙吉奥说:“我们在这里发现的一个重要原理是，果蝇的眼睛会减慢进入大脑的视觉运动，而这个过程会增强它们的飞行行为。”
在这项工作中，研究人员相信解开生物世界的秘密可能对技术有广泛的影响。
“在工程中，你被教导应用数学和物理原理来解决问题，”切里尼说。“如果你想建造一个能在火星上飞行的机器人，你可以使用工程概念来提供潜在的解决方案。但我们并不总是要从零开始发展想法;我们也可以从大自然中寻找灵感。”
空军科学研究办公室的一笔拨款支持了这项研究。
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