Мотыльковый антенна позволяет дронам обнаруживать опасности и находить выживших в зонах катастроф

Одним преимуществом дронов является то, что они могут попадать в места, куда люди не могут, включая зоны, которые могут быть слишком опасными, такие как нестабильные структуры после природного катаклизма или регион с неразорвающимися устройствами.

Исследователи заинтересованы в разработке устройств, которые могут навигировать в этих ситуациях, нюхая химикаты в воздухе для локализации выживших в катастрофах, утечек газа, взрывчатки и многого другого. Но большинство сенсоров не достаточно чувствительны или быстры, чтобы находить и обрабатывать конкретные запахи, летя через лохматые плумы запахов, которые эти источники создают.

Команда разработала Smellicopter, автономный дрон, который использует живую антенну от мотылька для навигации к запахам. Он также может чувствовать и избегать препятствий, пока путешествует через воздух. Используя реальную мотыльковую антенну, исследователи смогли получить лучшее из обоих миров: чувствительность биологического организма на роботизированной платформе, на которой движение может быть контролировано.

Читайте Q&A с изобретателем

«Природа действительно обгораживает наши человеческие запаховые сенсоры», — сказала докторская студентка Мелани Андерсон из UW.

Мотылек использует свои усики для ощущения химикатов в своей среде и навигации к источникам еды или потенциальных партнеров. Команда использовала усики от мотылька Manduca sexta для Smellicopter. Исследователи поместили мотыльков в холодильник для анестезии перед удалением усика. После отделения от живого мотылька усик остается биологически и химически активным до четырех часов. Этот временной интервал может быть продлен хранением усиков в холодильнике.

Добавив крошечные провода в оба конца усика, исследователи смогли подключить его к электрической цепи и измерить средний сигнал от всех клеток усика. Команда затем сравнила его с типичным человеческим сенсором, поместив оба на один конец ветрового туннеля и раздувая запахи, на которые оба сенсора отреагировали бы: цветочный аромат и этанол, тип алкоголя. Усик реагировал быстрее и затратил меньше времени на восстановление между поступами.

Для создания Smellicopter команда добавила усиковый сенсор к открытой, ручной, коммерчески доступной квадрокоптерной платформе дрона, которая позволяет пользователям добавлять специальные функции. Исследователи также добавили два пластиковых плавника на заднюю часть дрона, чтобы создать лобовое сопротивление, помогая ему постоянно ориентироваться вверх по ветру.

Smellicopter не нуждается в помощи исследователей для поиска запахов. Команда создала протокол «cast and surge» для дрона, который имитирует то, как мотыльки ищут запахи. Smellicopter начинает свой поиск, двигаясь влево на определенное расстояние. Если ничего не проходит определенный порог запаха, Smellicopter затем движется вправо на то же расстояние. Как только он обнаруживает запах, он меняет свой полетный паттерн, чтобы припугнуть к нему.

Еще одно преимущество Smellicopter — ему не нужен GPS. Вместо этого он использует камеру для обзора окружающей среды, похоже на то, как насекомые используют свои глаза. Это делает Smellicopter хорошо подходящим для исследования внутренних или подземных пространств, таких как шахты или трубы.

Во время тестов в лаборатории Smellicopter естественным образом был настроен на полет к запахам, которые мотыльки находят интересными, таким как цветочные ароматы. Но исследователи надеются, что будущая работа может заставить мотыльковую антенну чувствовать другие запахи, такие как выдыхание углекислого газа кем-то зажатым под завалами или химическая подпись неразорвавшегося устройства.