创新背景

无人机通常使用加速度计来估计重力方向的目的，但到目前为止，飞行昆虫这样做的方式一直未得解密，因为它们缺乏特定的加速感。

创新过程

荷兰代尔夫特理工大学和法国艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心的科学家表明，无人机可以通过将视觉运动传感与它们如何移动的模型相结合来估计重力方向。科学家们在此基础上开发了一种理论，以解释飞行昆虫如何在不使用加速度计的情况下确定重力方向。它也构成了创建小型自主无人机的重要一步。

新方法是创建自主小型昆虫大小无人机的重要一步，因为它需要更少的传感器。另一方面，它形成了昆虫如何控制其态度的假设，因为该理论形成了对生物学中观察到的多种现象的简洁解释。

找到重力方向的重要性

成功的飞行需要知道重力的方向。飞机上的乘客通常不知道飞机在空中略微侧向倾斜以形成一个宽阔的圆圈，飞行员纯粹依靠视觉检测地平线来确定飞机的“姿态”，即其相对于重力的身体方向。然而，当飞过云层时，地平线不再可见，这可能导致对上下事物的错误印象。

无人机和飞虫也需要控制它们的重力方向。无人机通常使用加速度计来确定重力方向。然而，在飞行昆虫中没有发现用于测量加速度的传感器官。对于昆虫来说，它们如何估计态度目前仍然是一个谜，有些人甚至质疑它们是否估计态度。

光流足以找到姿态

虽然不知道飞虫如何估计和控制它们的姿态，但众所周知，它们通过“光流”在视觉上观察运动。光流捕获观察者与其环境之间的相对运动。例如，当坐在火车上时，附近的树木似乎移动得非常快（具有较大的光流），而远处的山脉似乎移动得非常缓慢（具有较小的光流）。

光流本身没有关于态度的信息。研究将光流与运动模型相结合可以检索重力方向。拥有运动模型意味着机器人或动物可以预测它在采取行动时将如何移动。例如，无人机可以预测当它们旋转两个右螺旋桨比左螺旋桨快时会发生什么。由于无人机的姿态决定了它加速的方向，而这个方向可以通过光流的变化来拾取，这种组合允许无人机确定它的姿态。分析表明，用光流找到重力方向几乎在任何条件下都有效，除了观察者完全静止等特定情况。

对机器人技术的影响

研究人员通过机器人实现证实了该理论的有效性，证明了其在机器人领域的前景。小型扑翼无人机可用于搜救或授粉等任务。设计这样的无人机意味着要应对大自然也必须面对的重大挑战，即如何在极端有效载荷限制下实现完全自主的系统。这使得即使是很小的加速度计也会成为相当大的负担。新理论将通过允许更小的传感器套件来为微型无人机的设计做出贡献。

创新价值

新理论可以解释飞行昆虫如何成功地估计和控制它们的姿态，并提供了对其他现象的见解。研究展现了机器人和生物学之间的协同作用导致技术进步和生物学研究的新途径。