Навігація без GPS. Дослідники створили нову систему для роботів, запозичену у мурах, птахів і щурів

В основі цієї технології — принципи, запозичені з поведінки тварин, зокрема мурах, птахів і гризунів. Такий підхід може стати вирішенням проблеми, коли традиційні системи навігації, як-от камери чи сенсори, втрачають ефективність через погану видимість або пошкодження.

Ключова ідея полягає у створенні надлишкової системи навігації, яка складається з трьох незалежних механізмів. Якщо один із них виходить з ладу, інші автоматично компенсують його функції. У біології це явище називається дегенерацією — коли кілька систем виконують подібні завдання для забезпечення виживання.

Перший компонент системи натхнений здатністю мурах орієнтуватися у просторі. Вони можуть відстежувати свої кроки та напрямок руху, щоб визначити положення відносно гнізда. Для цього дослідники створили спайкову нейронну мережу — енергоефективне апаратне забезпечення, яке виконує роль внутрішнього педометра, здатного працювати навіть за умов шуму в сенсорах.

Другий елемент запозичили у птахів. Перелітні види використовують кілька сигналів одночасно, зокрема магнітне поле Землі, поляризоване світло, положення Сонця та орієнтацію за ландшафтом. Роботи можуть імітувати ці здібності за допомогою квантового магнітометра, поляризаційного компаса та камери. Усі ці дані обробляються через байєсівський фільтр, який динамічно об'єднує інформацію. Якщо один із сенсорів виходить з ладу, інші миттєво підхоплюють навігацію.

Третій компонент базується на здатності щурів формувати когнітивні карти у гіпокампі. Вони оновлюють ці карти лише тоді, коли з’являються важливі зміни в оточенні. Роботизована система працює за схожим принципом — створює карту лише при виявленні значущих орієнтирів. Це дозволяє економити енергію, зменшити навантаження на процесор і забезпечити стабільну навігацію в складних умовах. Такий підхід значно ефективніший за традиційні системи SLAM, які постійно оновлюють карту, витрачаючи багато ресурсів.

У майбутньому дослідники також мають намір створити карти у масштабі кілометрів, використовуючи ефективніші структури пам’яті, а також продовжити вивчення інших біологічних механізмів навігації.