科研人员用迷你跑步机、迷你眼镜在VR中研究昆虫

2018-03-13来源:大东方在线娱乐平台

  在说起跑步机的时候,你首先想到的是什么?或许是一个正在努力燃烧卡路里的健身人士,或者是某人在跑步机上跌倒的搞笑视频。然而,你不会联想到一个针对昆虫的迷你跑步机,尤其不会联想到这可以成为理解基础生物学,及其对技术的应用的工具。现在,研究人员正研究跑步机上的昆虫。

  1. 但为什么要这样做呢?

  研究昆虫生物学的传统方法主要包括在自然栖息地或实验室中观察昆虫的生物特性,控制昆虫或周围的环境。尽管这对特定的研究论题而言已经足够,但其存在自身的限制。研究飞行和导航这样的特定行为存在挑战,因为研究人员难以控制运动中的昆虫。科学家已经开始使用简单的跑步机概念来解决类似的问题。当昆虫飞行的时候,它们通常会利用周围环境的视觉线索。所以,一块显示图像/视频的屏幕可以用来研究昆虫将如何利用这样的视觉线索。或者,我们可以为跑步机增加一种虚拟现实设置,这样科学家就可以实时控制环境的视觉线索。

  2. 昆虫跑步机长什么样?

  如图所示,这种微型昆虫跑步机采用了轻便的泡沫塑料球。然后,我们可以使用牙线或金属线来将蚂蚁,蜜蜂或苍蝇固定在球体之上。随着昆虫在球体上行走,两个光学传感器将会记录它们的运动。这种设置可以用于户外环境,或者添加一块显示屏,甚至是采用全方位的虚拟现实屏幕。对虚拟现实而言,传感器可以记录球体的运动,抽取昆虫在二维空间中的动作,然后信息可以传输至计算机,并且在虚拟现实屏幕上生成相应的运动。对于蚂蚁而言,这仿佛就像是它们身处于自然的环境之中,并且周遭感知能够随着向前行走而实时改变。

  3. 我们从中可以发现什么?

  通过屏幕投影和微型跑步机,科学家发现这样的视觉线索能够影响蜜蜂和蚂蚁的飞行和导航。随着昆虫表现出不同的行为,科学家同时可以记录大脑不同部位的神经反应。这样的实验能够告诉我们昆虫是如何了解和记忆不同的视觉线索。

  至于对长脚沙漠蚂蚁这样的蚂蚁种类而言是这样。研究人员发现,它们在跑步机上的行为跟自然行为类似。然而,这种跑步机设置同样存在一定的缺点。

  例如,这限制了飞行昆虫的运动(如蜜蜂或苍蝇),从而影响了它们的感觉运动体验。对于昆虫大脑而言,其需要特定的感官反馈来激发动作行为。在跑步机上飞行可能无法令昆虫产生同样的感觉。但是,最近的技术进步使得人们可以通过虚拟现实来支持昆虫(以及其他生物)的自由运动。高速摄像头现在可以记录昆虫的三维位置,并将其传输至电脑,然后相应地更新屏幕上的影像。整个实验看起来就像是昆虫在玩游戏。

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  另一方面,这种设置无法用于研究深度知觉或三维视觉(如螳螂),因为屏幕上的投影属于二维。幸运的是,纽卡斯尔大学的研究者们提出了另一种巧妙的方法:3D眼镜。他们根据人类3D眼镜裁剪出一副符合螳螂眼睛大小的眼镜,然后用蜂蜡粘在螳螂的眼睛上。屏幕上的影像就像是3D电影一样,而这项技术或许可以帮助机器人构建更简单的3D视觉系统。

  跑步机设置的另一个挑战,无法复刻昆虫在自然环境中的不同感官信息。对于这一点,科学家或许有可能通过虚拟现实进行解决。

  5. 这种基础研究的应用包括什么?

  搭载VR设置的跑步机说明了科技的进步可以帮助科学的发展,而基础生物学研究的进步反过来可以启发技术的发展。由于昆虫的神经系统和感官系统比人类简单,我们更容易为它们模拟场景。最新的技术可以帮助科学家发现昆虫的生物秘密,而这种秘密或许可以为生物机器人带来灵感。

  以飞蛾机器人为例。飞蛾主要利用化学物质(信息素)进行交流。跑步机上的飞蛾会朝着相应的气味前进。在这一过程中,飞蛾造成的跑步机上运动可以驱动一个微型机器人。

  对于在跑步机上前进的蚂蚁来说,它们或许可以为机器人和无人驾驶汽车的导航带来启发。从灾难管理到地外导航,这种基础研究的应用十分宽广。在未来,蚂蚁大小的机器人或许能够帮助我们寻找震后被困的死伤人员。

  所以,简单的跑步机概念和最新的虚拟现实可以帮助生物研究取得进步,而这反过来又能够以不同的方式来启发技术的发展。

  from:映维

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