垂直振動幫助蜜蜂定高飛行

這是一篇關於仿生機器控制的小作品。

蜜蜂為了告訴同伴食物在哪裡，必須知道牠自己飛了多遠。先前的研究(Esch et al. 2001)表明，藉由視覺所產生的光流可以用來作為一個提示：面向地板時，對它做積分即可知道飛行的距離。不過只靠光流的話，因為蜜蜂不知道自己的飛行高度，所以只能知道相對的距離。蜜蜂除了直直地往前飛之外，也會一邊上下擺動；如果知道俯仰角跟相對風速的話，牠就可以一定程度上維持良好的飛行姿態。法國艾克斯-馬賽大學(Aix-Marseille University)艾蒂安-朱爾．馬雷動態研究所(Institut des Sciences du Mouvement Etienne-Jules Marey)便以此為概念，設計了一個仿生的飛行控制器(Bergantin et al. n.d.)；因為自擺動會產生發散/聚合的光流，透過分離光流方向、俯仰跟相對風速，這個虛擬蜜蜂就可以用簡單的卡爾曼濾波得知飛行高度、速度，甚至是絕對風速。

圖一：蜜蜂飛行時會對地板產生光流。向前（灰色）跟上下（藍色）會分別產生不同樣式的光流。

圖二：以俯仰角u及風速Vair為輸入，固定向前的光流強度，來達到穩定飛行的目的。

撰文｜葉宸甫

參考文章

1. Bergantin, Lucia, Nesrine Harbaoui, Thibaut Raharijaona, and Franck Ruffier. n.d. “Oscillations Make a Self-Scaled Model for Honeybees’ Visual Odometer Reliable Regardless of Flight Trajectory.” Journal of The Royal Society Interface 18 (182): 20210567. Accessed October 3, 2021. https://doi.org/10.1098/rsif.2021.0567.

2. Esch, Harald E., Shaowu Zhang, Mandyan V. Srinivasan, and Juergen Tautz. 2001. “Honeybee Dances Communicate Distances Measured by Optic Flow.” Nature 411 (6837): 581–83. https://doi.org/10.1038/35079072.