蝙蝠是哺乳动物中真正具有飞翔能力的一个特殊类群,能主动发出声音,频率范围通常在25kHz至100kHz之间,有些信号可高至150kHz,并且从反射回来的声音中提取信息以探测周围环境,这个过程称为回声定位,蝙蝠所利用的声呐称为生物声呐。蝙蝠声呐系统中声音发射和接收部分复杂的外形结构是蝙蝠在自然界中经过长期进化而形成的,这些结构被称为生物声呐天线,包括它们在内所形成系统的感知和通信能力可以使蝙蝠在无约束的自然环境中实现完整的自主性,完全满足它们各种各样探知环境和通信的任务。
特拉维夫大学研究团队受蝙蝠启发,开发的Robat机器人完全依赖于类似蝙蝠的声音导航系统,可在新的环境定位自己并对其进行映射。借助仿生学,研究人员用超声波扬声器或发射器创建发音“嘴”,用两个超声波接收器创建收音“耳”。发音“嘴”以稳定的频率向四周发出声波并用“耳”听回声,让在户外环境活动的Robat获得周围实时映射图像。从行动能力上讲,Robat比真正的蝙蝠要慢得多,因为它每行走半米就要停下30秒,以获得回声。
在导航方面,车辆使用的定位导航系统发展相当完善,采用的无线电测距方式光速非常快,反应速度也非常及时。在声波的应用上尽管水下声呐的定位导航系统日渐成熟,然而在陆地环境中仍然发展缓慢。而Robat是生物学上类似蝙蝠的行走机器人,在新环境中移动时仅根据回波信息便可获得周围环境影像,有助于描绘物体的边界和它们之间的开放空间,在未来机器人的应用方面具有巨大的潜力。包括服务机器人在内任何需要在其所处环境中导航的机器人,像在起居室中的吸尘器、温室中工作的农业机器人以及在地震废墟中搜寻的救援机器等,都可以从Robat全自主类蝙蝠机器人项目基于回声的导航算法中受益。 李忠东