湍流气味羽流中受飞蛾启发的脉冲源导航算法
流体动力学
2018-06-19 v4 生物物理
摘要
一些雌性飞蛾通过发射一系列向下风方向传播的信息素丝脉冲来吸引雄性飞蛾。风的湍流性质创造了复杂的流动环境，导致丝状物以具有不同浓度分布的斑块形式传播。受飞蛾导航能力的启发，我们提出了一种导航策略，使飞行器能够利用单个基于阈值的检测传感器在有风环境中定位脉冲气味源。该策略基于携带离散气味团的湍流的物理特性构建，不涉及学习、记忆、复杂决策或统计方法。我们提出，在来自脉冲点源的湍流羽流中，一种称为“团块穿越时间”的瞬时可测量量，相比不使用此信息的基于“内部计数器”的导航策略，提高了成功率。通过对飞行器在不同流动参数（湍流强度、羽流漂移和风阵）下于脉冲点源湍流羽流中导航的计算机模拟，我们获得了定性类似于雄性飞蛾飞向信息素源的轨迹。我们量化了成功导航的概率以及飞行参数（如搜索时间和总飞行时间），并分析了它们与不同湍流强度、漂移或风阵的关系。利用该模型学到的概念可能有助于设计基于气味的微型空中自主飞行器导航系统。
引用
@article{arxiv.1310.1411,
title = {Moth-inspired navigation algorithm in a turbulent odor plume from a pulsating source},
author = {Alex Liberzon and Kyra Harrington and Nimrod Daniel and Roi Gurka and Ally Harari and Gregory Zilman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.1411},
year = {2018}
}