Исследователи разрабатывают метод геолокации Bioinspired на основе поляризации дневного неба

Вид рыбного глаза на небо, подчеркивая поляризационные инварианты, пересекающиеся на северном небесном полюсе (самое яркое белое пятно).Кредит: Léo Poughon, Thomas Kronland-Martinet и Stéphane Viollet

Эти системы часто ненадежны и восприимчивы к заклиниванию и подделкам. Магнитные компасы, хотя и все еще полезны, подвержены магнитным помехам, а небесная навигация возможна только в ясную ночь без вмешательства светового загрязнения.

Французская исследовательская группа, разрабатывающая альтернативный метод геопозиции, искала примеры методов геолокации из биологии.В то время как многие виды птиц и насекомых калибруют свои магнитные компас с помощью движений звезд вокруг магнитного полюса Земли, они отметили, что некоторые мигрирующие виды птиц калибруют свой внутренний компас в течение дня на основе моделей поляризации в крыше.Теория предполагает, что солнечный свет разбросан небольшими частицами, присутствующими в атмосфере Земли, и на протяжении многих лет исследователи разработали навигационные методы без GPS, использующие эту модель.

Исследователи привели к конкретному примеру муравья Cataglyphis Desert.Эти муравьины в дневном свете для мертвых насекомых, охота на зигзагообразное рисунок.Каждый раз, когда муравей меняет направление, он поднимает голову и берет на себя чтение на солнце.Когда он находит источник пищи, он возвращается непосредственно в гнездо по прямой линии, чтобы минимизировать свое прямое воздействие солнечного света в высокой температуре пустыни, по сути, вычисляя свой курс посредством анализа биологического поляризации в крыше.

Исследовательская группа теперь сообщает систему под названием Skypole, которая использует поляриметрическую камеру для измерения степени вращения поляризации в крыше с солнцем.Обработка захваченных изображений неба, команда смогла определить положение северного небесного полюса и точно определить широту и подшипник наблюдателя.Их исследование опубликовано в процессе Национальной академии наук.

Общепринято, что животные используют поляризацию в крыше для определения геолокации, но неясно, как они используют эту информацию.Команда взяла на себя сигнал от теории о том, что такие виды животных, как Cataglyphis, используют временные свойства схемы поляризации в окне окля, чтобы позиционировать себя, и разработала систему, которая сравнивает поляриметрические изображения неба, чтобы найти истинный север.

Команда сравнила изображения, сделанные в два разных момента с интервалами времени в диапазоне от 30 до 60 минут, и вычислила различия в двух функциях: степень линейной поляризации и угол линейной поляризации.Их алгоритм объясняет постоянство степени линейной поляризации на небесном северном полюсе, а также две переменные, захваченные на изображениях.

Метод, который они описывают, имеет ряд преимуществ: используя только визуальную информацию, система получает геолокацию с разумной точностью, без положения времени, даты, даты или начальной позиции.Их пакет обработки изображений минимален и работает с скромными вычислительными ресурсами.Тем не менее, интервалы сбора изображений и степень точности системы в настоящее время исключают определенные приложения геолокации.

Исследователи пишут: «Стоит отметить, однако, что этот алгоритм сохранялся как можно проще, и что более сложный алгоритм обработки данных, несомненно, значительно повысил бы точность… В будущих исследованиях следует уделять особое внимание фильтрации изображений.Чтобы уменьшить влияние шума ».Кроме того, они отмечают, что их исследование может внести новую гипотезу относительно использования визуальной информации животными для геолокации.

Больше информации: Thomas Kronland-Martinet et al., Skypole-метод определения местонахождения северного небесного полюса из моделей поляризации в крыше, Материалов Национальной академии наук (2023).Doi: 10.1073/pnas.2304847120