Дрон, избегающий препятствий, использует антенну живой мотылька

Одним из преимуществ дронов является то, что они могут перемещаться в недоступные для людей места, в том числе в места, которые могут быть слишком опасными, например, в неустойчивые сооружения после стихийного бедствия или в регионы с неразорвавшимися устройствами.

Исследователи заинтересованы в разработке устройств, которые могут ориентироваться в таких ситуациях, вынюхивая химические вещества в воздухе, чтобы обнаруживать выживших после стихийных бедствий, утечки газа, взрывчатые вещества и многое другое. Но большинство сенсоров недостаточно чувствительны или быстры, чтобы обнаруживать и обрабатывать специфические запахи, пролетая сквозь пятнистые шлейфы запахов, создаваемые этими источниками.

Команда разработала Smellicopter, автономный дрон, который использует живую антенну мотылька для навигации по запахам. Он также может ощущать препятствия и избегать их, путешествуя по воздуху. Используя настоящую антенну мотылька, исследователи смогли получить лучшее из обоих миров:чувствительность биологического организма на роботизированной платформе, движением которой можно управлять.

Прочитайте вопросы и ответы с изобретателем

«Природа буквально выдувает из воды наши искусственные датчики запаха, — говорит Мелани Андерсон, студентка докторантуры Университета Вашингтона.

Мотылек использует свои усики, чтобы ощущать химические вещества в окружающей среде и перемещаться к источникам пищи или потенциальным партнерам. Команда использовала антенны бражника Manduca sexta для Smellicopter. Исследователи поместили мотыльков в холодильник, чтобы обезболить их, прежде чем удалять антенну. После отделения от живой бабочки антенна остается биологически и химически активной до четырех часов. Этот промежуток времени можно увеличить, если хранить антенны в холодильнике.

Добавив крошечные провода к любому концу антенны, исследователи смогли подключить ее к электрической цепи и измерить средний сигнал от всех ячеек антенны. Затем команда сравнила его с типичным датчиком, созданным человеком, поместив оба на одном конце аэродинамической трубы и донося запахи, на которые будут реагировать оба датчика:цветочный аромат и этанол, тип алкоголя. Антенна реагировала быстрее и восстанавливалась между затяжками быстрее.

Чтобы создать Smellicopter, команда добавила антенный датчик к портативной, коммерчески доступной платформе для квадрокоптера с открытым исходным кодом, которая позволяет пользователям добавлять специальные функции. Исследователи также добавили два пластиковых плавника на заднюю часть дрона, чтобы создать сопротивление и помочь ему постоянно ориентироваться против ветра.

Smellicopter не нуждается в помощи исследователей для поиска запахов. Команда создала для беспилотника протокол «бросок и выброс», который имитирует то, как мотыльки ищут запахи. Smellicopter начинает поиск, перемещаясь влево на определенное расстояние. Если ничто не превышает определенного порога запаха, Smellicopter перемещается вправо на такое же расстояние. Как только он улавливает запах, он меняет схему полета и устремляется к нему.

Еще одним преимуществом Smellicopter является то, что ему не нужен GPS. Вместо этого он использует камеру для обзора своего окружения, подобно тому, как насекомые используют свои глаза. Это делает Smellicopter подходящим для исследования внутренних или подземных пространств, таких как шахты или трубы.

Во время тестов в лаборатории Smellicopter был естественным образом настроен на полет к запахам, которые бабочки находят интересными, например, к цветочным ароматам. Но исследователи надеются, что в будущем антенна мотылька сможет чувствовать и другие запахи, такие как выдыхание углекислого газа кем-то, оказавшимся в ловушке под обломками, или химическую сигнатуру неразорвавшегося устройства.