从动物行为中学习以通知控制系统
玛戈·斯坦顿著
你可能对“像蝙蝠一样瞎”这个词很熟悉，这个词用来形容视力不好的人。然而，CISE附属机构和杰出工程学教授John Baillieul （ME， ECE， SE）最近对动物行为的澳门威尼斯人注册网站研究发现，这句话是一种误解，许多种类的蝙蝠依靠视觉感知来导航。虽然回声定位是大多数蝙蝠的主要感觉方式，但对于一些物种来说，在自由飞行中，当它们受到惊吓或确认视觉线索时，视觉和回声定位一起作为次要备份。Ballieul的澳门威尼斯人注册网站研究主要集中在从动物行为中学习，比如蝙蝠导航，并将澳门威尼斯人注册网站研究结果应用于控制系统。
Ballieul教授解释说：“这项澳门威尼斯人注册网站研究质疑动物是如何运作的，以及你如何利用动物的行为来设计控制系统。”“我们感兴趣的是了解大脑和神经肌肉系统是如何工作的，它们已经被大自然所完善，并利用这些见解作为思考控制的新模型。”
拜利奥尔作为海军澳门威尼斯人注册网站研究办公室（ONR）资助的一些项目的调查员，开始澳门威尼斯人注册网站研究生物启发的导航，该办公室在过去的几十年里一直在推动动物启发控制系统的澳门威尼斯人注册网站研究。
2010年，Ballieul担任为期五年、耗资750万美元的ONR多学科大学澳门威尼斯人注册网站研究计划（MURI）项目的PI，该项目名为“动物启发飞行与内外循环策略（AIRFOILS）”。Ballieul和他的团队与华盛顿大学、马里兰大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的澳门威尼斯人注册网站研究人员合作，澳门威尼斯人注册网站研究了蝙蝠在一系列环境中转换的飞行能力。翼型旨在将这些生物能力转化为飞行器的导航策略。
在这些发现的基础上，Ballieul现在是ONR MURI目前授予的“神经自主性：自主机器人的神经科学启发感知、导航和空间意识”项目的共同负责人，由PI教授Yannis Paschalidis领导，他是Rafik B. Hariri计算和计算科学与工程澳门威尼斯人注册网站研究所所长，工程学杰出教授（ECE， SE， BME），创始成员和教员（CDS）。该项目利用生物体的神经生理特性，在自动驾驶汽车中建立下一代感知和导航系统。神经自主澳门威尼斯人注册网站研究人员正在分析不同生物体的视觉感知，然后开发算法方法，将其应用于陆地、空中和海上使用的神经自主机器人。他们的目标是创造出能够对环境变化做出快速反应的自动驾驶汽车（AVs），就像生物一样。
今年5月，Baillieul和他的学生Chiara Boretti， Philippe Bich和Yanyu Zhang发表了一篇论文，题为“使用稀疏光流和传输时间的视觉导航”。本文试图理解不同的视觉线索，如双目视觉，并开发计算机代码来利用它们。
“在双眼流的情况下，大脑在整合和记录来自左右眼的图像时感觉到视差，”Baillieul说。“再一次，就像蝙蝠一样，我们试图了解这些视觉线索是如何共同作用的，从而为生物体提供可靠的导航。”
最近的硬件发展，如自动驾驶汽车，增加了对导航光流的澳门威尼斯人注册网站研究兴趣。澳门威尼斯人注册网站研究人员目前正在澳门威尼斯人注册网站研究新的机器人和硬件，这些机器人和硬件将能够试验更多的视觉线索，比如双目视觉，并探索如何将它们整合起来。人类和动物的大脑天生就会利用这些视觉感知。对于试图将机器人与神经自主视觉感知相结合的澳门威尼斯人注册网站研究人员来说，他们必须一次澳门威尼斯人注册网站研究一个动作原始。
Baillieul解释说：“不同的视觉感知取决于环境，无论你是穿过田野还是穿过走廊。”“我们试图做的是以一种连贯的方式把东西放在一起，这样控制软件就可以在穿越不同环境时在视觉感知模式之间无缝切换。”
Baillieul的工作强调控制系统的信息方面，以及大脑如何整合从视觉感知到前庭反馈的不同感觉模式来通知导航。这可以从他对蝙蝠的澳门威尼斯人注册网站研究中看出，蝙蝠从使用视力导航转变为同时利用视觉感知和回声定位。随着他对这项工作的深入澳门威尼斯人注册网站研究，Baillieul的目标是澳门威尼斯人注册网站研究大脑的不同区域是如何参与其中的，以及记忆在动物运动中扮演的角色。
Baillieul与国防部各机构有着广泛的合作历史。2007年，Baillieul与David教授Castañon合作，获得了空军MURI的资助，用于“混合人/机器人团队合作控制中的行为动力学”项目，澳门威尼斯人注册网站研究由人和机器人组成的混合团队的动力学。当时，美国空军正在努力用机器人无人机取代三分之一的载人飞行器，了解人与机器人之间的关系对这一目标至关重要。
“随着机器变得越来越智能，澳门威尼斯人注册网站研究开始质疑如何以一种人们自然采用的方式利用智能，”Baillieul说。“用户的接受是极其重要的，随着我们的发展，问题已经变成了汽车应该有多大的自主性。”
John Baillieul是工程学杰出教授，也是波士顿大学信息与系统工程中心（CISE）的联合创始人。他是机械工程教授，电气和计算机工程教授，以及系统工程教授。他的澳门威尼斯人注册网站研究重点是机器人、机械系统控制和数学系统理论。Baillieul教授是《IEEE自动控制学报》的前任主编。他因在非线性控制理论、机器人技术和复杂机械系统控制方面的贡献而成为IEEE院士。他也是SIAM和IFAC的成员。