Вопросы и ответы:Smellicopter использует антенну живой мотылька для поиска запахов

Кому нужен датчик от производителя? Исследователи из Вашингтонского университета оснастили свой дрон одним из лучших детекторов природы:антенной мотылька.

«Природа буквально выдувает из воды наши искусственные датчики запаха, — говорит аспирантка UW Мелани Андерсон , ведущий исследователь летательного аппарата, известного как «Смелликоптер».

«Используя настоящую антенну мотылька с Smellicopter, мы можем получить лучшее из обоих миров:чувствительность биологического организма на роботизированной платформе, где мы можем контролировать его движение».

Живая антенна реагирует на химические сигналы, позволяя летательному аппарату ориентироваться на определенные запахи. Команда добавила датчик антенны в коммерчески доступный портативный квадрокоптер с открытым исходным кодом платформа вместе с двумя задними пластиковыми стабилизаторами для создания сопротивления и ориентации дрона против ветра.

Андерсон и его коллеги обратились к Manduca sexta. бражников для их летающей роботизированной платформы, помещая мотыльков в холодильник, чтобы обезболить их, прежде чем снимать антенну. По словам изобретателей UW, антенна после извлечения остается активной до четырех часов, и этот диапазон времени можно увеличить, если хранить ее дольше в холодильнике.

После добавления крошечных проводов к обоим концам антенны исследователи подключили придаток к электрической цепи и измерили средний сигнал от всех ячеек антенны. Антенна Smellicopter улавливала цветочные запахи и этанол быстрее — и требовала меньше времени для восстановления — чем искусственный датчик, протестированный инженерами Smellicopter.

Команда опубликовала свои результаты 1 октября в журнале IOP Bioinspiration &Biomimetics .

Smellicopter использует протокол, известный как «бросок и выброс», чтобы имитировать то, как мотыльки находят определенные запахи. Беспилотник UW стартует слева на определенное расстояние. Если запах не обнаружен, коптер перемещается вправо на такое же расстояние. Как только Smellicopter улавливает запах, он меняет схему полета и движется к интересующему объекту.

Подробнее об автономных технологиях в технических бюллетенях

Подводный робот UCSD напоминает кальмара.

Посмотрите, как армия испытывает роящиеся дроны.

Посмотрите, как исследователи Массачусетского технологического института управляют дронами с помощью жестов.

Камера и четыре инфракрасных датчика направляют БПЛА, измеряя близлежащие препятствия со скоростью десять раз в секунду. Когда объект обнаруживается в пределах 8 дюймов от устройства, дрон меняет направление, переходя к следующему этапу «бросок-всплеск».

«Поэтому, если Smellicopter забрасывал влево, а теперь слева есть препятствие, он переключится на заброс вправо», — сказал Андерсон. «И если Smellicopter учуял запах, но перед ним есть препятствие, он будет продолжать метаться влево или вправо, пока не сможет рвануть вперед, когда на его пути нет препятствия».

Во время испытаний в исследовательской лаборатории UW 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 выдыхаемый углекислым газом человек, застрявший под обломками, или химический след неразорвавшегося устройства.

В коротких вопросах и ответах ниже Андерсон объясняет, как работает Smellicopter и где он работает лучше всего.

Технические обзоры :Что побудило вас выбрать живую антенну? Я полагаю, что это была нестандартная идея по сравнению с обычным добавлением датчика.

Мелани Андерсон: Измерение электрического сигнала от антенны мотылька (электроантеннограмма) уже проводилось в исследованиях. Мы просто первые, кто объединил это с небольшой летающей роботизированной платформой! Антенна мотылька во много раз более чувствительна, чем любой портативный коммерческий химический датчик. Кроме того, он легкий и маломощный — идеально подходит для небольшой платформы дрона.

Технические обзоры :Не могли бы вы рассказать нам о том дне, когда вы тестировали его в первый раз? Вы упомянули в видео UW [показано выше в этой статье] что это было очень захватывающе и что вы не были уверены, что это сработает. Что вас больше всего беспокоило и как вы себя чувствовали в тот день?

Мелани Андерсон: Антенна также генерирует сигналы в ответ на движение и прикосновение (механический раздражитель), а также на запах. Были опасения, что вибрации от роторов и дополнительный поток воздуха, который роторы обеспечивают через антенну, затруднят разделение обнаружений запаха. Но реакция на запах намного сильнее, чем на другие сигналы, и антенна работает очень хорошо в наших настройках на дроне.

Мы все были очень рады, что это сработало в тот день! Было очень приятно, что наши усилия по созданию схемы, которая считывает сигналы с антенны и сочетает ее с платформой дрона, привели к такому захватывающему результату!

Технические обзоры :Антенна улавливает химический сигнал — как он сообщает, куда летит дрон? Он просто следует за сильным запахом? Может ли он как-то различать запахи?

Мелани Андерсон: Подобно тому, как кардиомонитор показывает электрический сигнал от сердца, когда оно бьется, антенна также производит эти импульсные электрические сигналы, когда чувствует запах. Мы можем вставить маленькие провода в антенну, чтобы измерить этот сигнал и увидеть импульсы в ответ на запах. Эти импульсы сообщают дрону, когда антенна что-то чует. На данный момент антенна наиболее сильно реагирует на цветочный запах и феромон мотылька, но мы работаем над генной инженерией мотылька, чтобы он был чувствителен к другим запахам и мог использоваться в таких сценариях, как обнаружение бомб или поиск выживших после стихийного бедствия. .

Многие разные животные, которые ищут запахи, делают это, полагаясь на направление ветра. Вы можете с уверенностью предположить, что если вы чувствуете запах, то источник этого запаха будет с наветренной стороны от вас, так как запах переносится ветром. Таким образом, когда вы чувствуете запах, вы движетесь против ветра, а когда вы теряете этот запах, вы движетесь поперек ветра, пока снова не найдёте след. Дрон делает упрощенную версию этого, когда он пассивно ориентируется против ветра, используя плавники на задней части дрона, как флюгеры, а затем устремляется вперед, когда сталкивается с запахом. Когда он перестает ощущать этот запах, он мечется влево и вправо, пока снова не почувствует запах.

Технические обзоры :Что дальше для вас и вашей команды в отношении этого исследования?

Мелани Андерсон: Мы очень рады работать над генной инженерией антенн мотылька, чтобы сделать Smellicopter полезным в различных сценариях. В своем докторском исследовании я также буду изучать методы поиска на основе моделирования, чтобы Smellicopter мог эффективно летать в различных местах, например, с препятствиями.

Технические обзоры :Какое приложение вам больше всего нравится?

Мелани Андерсон: Поисково-спасательные работы очень увлекательны. Это приложение, в котором мы в настоящее время используем природу в виде собак-ищейщиков, а не искусственных датчиков запаха, чтобы найти людей, попавших в ловушку. Если бы вместо этого мы могли использовать крошечный дрон или рой крошечных дронов, чтобы найти этих застрявших людей, мы смогли бы найти их быстрее и уберечь поисковых собак и спасателей от опасности.

Прочитайте исследование команды UW в журнале IOP Bioinspiration &Biomimetics .

Что вы думаете о Smellicopter? Поделитесь своими вопросами и комментариями ниже.