丹麥的 Danish Drone Strategy 旨在將丹麥置于最先進的無人機技術(shù)的前沿。商業(yè)用戶和無人機操作員的數(shù)量都在增加，但出于安全考慮，該法律要求無人機在無人機駕駛員的視線范圍內(nèi)操作。

　　這個要求限制了無人機在良好能見度條件下的使用，以及無人機的其他潛力。例如常規(guī)的監(jiān)測任務(wù)可能會受到霧天或多云天氣的阻礙。而緊急情況，如森林火災(zāi)或燃燒的建筑物，可能會受益于無人機控制的無人機，它們具備自動識別障礙物的能力。我們?nèi)绾芜M一步開發(fā)和優(yōu)化無人機技術(shù)，以避免這種擔(dān)憂？

　　從來自南美洲的油鴟身上尋找答案可能會是方法之一。油鴟結(jié)合了回聲定位和極其敏感的視覺，找到了穿越黑暗洞穴的途徑。解碼它們是如何做到這一點的，可以幫助開發(fā)無人駕駛飛機。在此之前先來看看一些我們?nèi)绾文７伦匀坏睦印?/p>

　　積極的感官知覺和仿生靈感

　　通過模仿自然的形狀和功能，生物學(xué)家和工程師們創(chuàng)造了所謂的仿生機器人，它們是跑酷的專家，能像蜥蜴一樣聽到聲音，聞起來像嗅探犬。為什么類似的靈感不能導(dǎo)致無人機導(dǎo)航系統(tǒng)的改進呢？比如那些已經(jīng)適應(yīng)了可變或低光照條件的動物。

　　大多數(shù)感覺系統(tǒng)都是被動的，依靠外部信號來激活神經(jīng)系統(tǒng)。例如光能被要求激活我們的視覺，使我們能夠看到?；芈暥ㄎ皇巧贁?shù)幾個不依賴外部能量的感覺之一。相反，動物本身通過主動發(fā)出信號來探測周圍環(huán)境，然后從周圍的環(huán)境中傳送感覺反饋，然后大腦就會對這些信號進行解釋。

　　蝙蝠：回聲定位的無冕王

　　大多數(shù)人都知道蝙蝠是回聲定位的專家，在夜空中穿行，通過發(fā)出聲音來捕捉獵物，并傾聽它們周圍的回聲，這讓他們可以區(qū)分好吃的零食和障礙。

　　一個物體的大小與回聲定位信號中所包含的頻率之間的物理關(guān)系決定了物體返回時的回聲強度。一般來說，信號頻率越高，可以檢測到的物體就越小。蝙蝠最常用的超聲波頻率高于我們的聽力范圍，這使得它們能夠探測到只有幾毫米大小的物體，比如昆蟲。

　　蝙蝠是回聲定位的無冕之王，它們的生物聲納功能得到了很好的研究，從而為無人機聲納開發(fā)仿生模型。但由于它們比目前大多數(shù)無人機都要小得多，也更具機動性，這使得它們成為一個難以使用的模型。它們作為回聲定位專家的地位是 6500 萬年進化的結(jié)果。

　　它們有巨大且復(fù)雜的外耳來幫助它們確定聲音和回聲的方向，以及內(nèi)耳的放大部分，以及大腦中專門用來處理聲音輸入的高度發(fā)達的部分。科學(xué)家們一直在仿生機器人中努力模仿著這些先決條件。

　　油鴟：用羽毛包裹的油脂

　　油鴟是一種奇怪的夜間活動和以水果為食的鳥類，生活在南美熱帶雨林中。在它們離開鳥巢前不久，年輕的油鴟寶寶的體重大大超過了父母 400 克的體重。和許多種類的鯨魚一樣，這些油鳥被當?shù)厝撕驮缙诘臍W洲殖民者獵殺，用它們的脂肪來做燈和烹飪。

　　盡管重量相當大，但大翅膀和高達近一米的翼展使得它們能像蜂鳥一樣在天空中幾乎一動不動地盤旋。相反地，它們不能在一條腿上保持平衡，也不能在垂直的表面上棲息，這對于一只在黑暗洞穴里筑巢的鳥來說是一個奇怪的缺陷，它們白天會躲藏起來。

　　對油鴟感覺系統(tǒng)的研究表明，它們遠不止是羽毛上的油脂。就像蝙蝠一樣，它們也可以利用回聲定位來移動，并在它們在白天棲息的黑暗洞穴中的巢穴中飛行。

　　油鴟不利用回聲定位來捕獵。雖然它們是夜間活動的，但它們主要是通過視覺導(dǎo)航，而且可能對任何脊椎動物都有最敏銳的觀察力。他們在懸崖峭壁上無法平衡需要精確的著陸技巧，尤其是在一個漆黑的洞穴里，那里有上百只鳥可以在任何時間飛行，而且噪音水平也非常高。回聲定位幫助鳥類解決這一難題。

　　油鴟很難研究，因為它們很害羞，沒有被長時間囚禁過，而且棲息在難以接近的地方。所以我們對它們的回聲定位系統(tǒng)仍然知之甚少。油鴟有趣之處在于，與蝙蝠不同，它們能夠在沒有大的外部耳朵、超聲波或任何已知的神經(jīng)系統(tǒng)聽覺特征的情況下使用回聲定位技術(shù)。

　　通過研究油鴟在自然界的回聲定位行為，最近發(fā)現(xiàn)它們根據(jù)周圍環(huán)境的光水平，積極調(diào)整聲音信號的音量。研究者用多個麥克風(fēng)記錄了這些鳥飛進飛出洞穴入口的情況。

　　通過這種方式，我們可以利用麥克風(fēng)記錄的聲音信號來確定鳥在空中的位置，并首次計算出它們聲納信號的強度。聲音在遠離光源時失去能量，但是這種損失是可以預(yù)測的，如果知道發(fā)送者和接收者之間的距離，可以對它進行補償。

　　模仿油鴟比蝙蝠更容易

　　記錄顯示，在滿月附近的良好光照條件下，油鳥發(fā)出較低強度的聲納信號，而當周圍的光水平降低時，它們通常會增加無月夜的音量。

　　這意味著它們增加了回聲定位的范圍，因為他們發(fā)現(xiàn)視線更難看到。這兩種感覺系統(tǒng)之間的相互作用指導(dǎo)它們的行為和優(yōu)化他們的表現(xiàn)，因此可以解決在變光條件下航行的挑戰(zhàn)。因此，油鴟可以為仿生研究提供一個合適的模型系統(tǒng)，這可能有一天會使無人機的導(dǎo)航技術(shù)得到改進。

　　下一個階段回到雨林，用麥克風(fēng)和其他錄音設(shè)備把小背包放在鳥身上。通過這種方式可以更準確地了解鳥類聽到的聲音，他們說的是什么，以及它們?nèi)绾握{(diào)整自己的行為，以適應(yīng)它們在翅膀上漫游自然棲息地時所經(jīng)歷的光線和聲音。

　　雖然人類對脊椎動物的感覺系統(tǒng)有一些了解，特別是視覺和聽覺，但要研究幾個系統(tǒng)之間的相互作用常常是困難的。使用背包可以讓研究者測量鳥在任何時候接收到的感覺輸入(光和聲音)。因為回聲定位是一種主動的感覺系統(tǒng)，可以直接將這個輸入的變化與它們在自然棲息地的行為方式聯(lián)系起來，以改變它們的飛行和回聲定位輸出。

　　從長遠來看，究結(jié)果最好能得到神經(jīng)生理學(xué)數(shù)據(jù)的補充，這將幫助研究翻譯視覺和聽覺輸入是如何整合在油鴟的大腦里的。然后這可以轉(zhuǎn)化為算法，提高無人機的精度、性能和自主移動的能力，不受限于無人機駕駛員的距離等因素。