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用深度学习的方式设计“苍蝇”机器人

仿生苍蝇机器人的设计概念图

“想想苍蝇能做什么,”帕万·拉姆迪亚(Pavan Ramdya)教授说,他在EPFL大脑思维研究所(brain mind institute)的实验室和EPFL计算机科学研究所(institute for computer science)的帕斯卡·福亚(Pascal Fua)教授的实验室领导了这项研究。“苍蝇可以爬过轮式机器人无法爬过的地形。”

苍蝇并不讨人喜欢。我们将它们与日常生活中不太令人“开胃”的经历联系在一起。但如今它们却有一条意想不到的救赎之路:机器人。事实证明,苍蝇具有的一些特征和能力,可以为机器人系统的新设计提供参考。

“与大多数脊椎动物不同,苍蝇几乎可以爬上任何地形,”拉姆迪亚说。它们可以粘在墙壁和天花板上,因为它们的腿尖上有胶粘垫和爪子。这使得他们基本上可以去任何地方。这也很有意思,因为如果你能在任何表面上休息,你就可以通过等待合适时机去这么做来管理你的能量消耗。”

正是这种从苍蝇行为中提炼可以影响机器人设计原理的愿景,推动了DeepFLy3D软件的研制,DeepFLy3D是一套果蝇的运动捕捉系统(果蝇是一种在生物学中几乎无处不在的模式生物)。

在拉姆迪亚的实验装置中,一只苍蝇在一个像微型跑步机一样的小浮球上行走,而7个摄像头记录它的每一个动作。苍蝇的上侧粘在一个不可移动的舞台上,这样当它在球上行走时总是保持原位。然而,苍蝇“相信”它在自由移动。

采集的相机图像随后由DeepFLy3D进行处理,DeepFLy3D是一款由Semih Günel开发的深度学习软件,Semih Günel是一名在Ramdya和Fua的实验室工作的博士生。”“这是一个很好的例子,说明跨学科合作是必要的和变革性的,”Ramdya说。通过利用计算机科学和神经科学,我们解决了一个长期存在的挑战。”

DeepFLy3D的特殊之处在于,它可以推断出苍蝇甚至其他动物的三维姿势,这意味着它可以自动预测并以前所未有的分辨率进行行为测量,用于各种生物应用。该软件不需要手动校准,它使用相机图像自动检测和纠正任何错误,它在计算苍蝇的姿态。最后,它还使用主动学习来提高自己的性能。

DeepFLy3D提供了一种在三维空间中高效准确地模拟果蝇运动、姿势和关节角度的方法。这可能会启发出一种自动模拟其他生物体的三维姿势的标准方法。

“苍蝇作为一种模式生物,很好地平衡了可驯化性和复杂性,”拉姆迪亚说。如果我们了解它是如何工作的,我们就可以对机器人和医学产生重要影响,也许最重要的是,我们可以在相对较短的时间内获得这些见解。”

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作者:by Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

爱吧机器人网易明小智原创编译,转载请注明。

参考链接:https://techxplore.com/news/2019-10-deep-learning-method-fly-like-robots.html

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20191010A04CZT00?refer=cp_1026
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