避障无人机使用活蛾天线
无人机的一个优势是,它们可以去人们无法进入的地方,这些地方可能过于危险,例如自然灾害后不稳定的结构或设备未爆炸的地区。
研究人员有兴趣开发能够通过嗅出空气中的化学物质来定位灾难幸存者、气体泄漏、爆炸物等来应对这些情况的设备。但大多数传感器不够灵敏或不够快,无法在飞过这些来源产生的不规则气味羽流时发现和处理特定气味。
一个团队开发了 Smellicopter,这是一种自主无人机,它使用飞蛾的活动天线来导航气味。它还可以在空中飞行时感知并避开障碍物。通过使用实际的飞蛾天线,研究人员能够获得两全其美:生物有机体在可以控制运动的机器人平台上的敏感性。
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威斯康星大学博士生 Melanie Anderson 说:“大自然真的把我们人造的气味传感器从水中吹走了。”
飞蛾用它的触角感知环境中的化学物质,并导航到食物或潜在伴侣的来源。该团队使用来自 Manduca sexta hawkmoth 的触角来制造 Smellicopter。研究人员将飞蛾放在冰箱中进行麻醉,然后再移除天线。一旦与活蛾分离,天线就会保持生物和化学活性长达四个小时。可以通过将天线存放在冰箱中来延长时间跨度。
通过在天线的任一端添加细线,研究人员能够将其连接到电路并测量天线中所有单元的平均信号。然后,该团队将其与典型的人造传感器进行了比较,将其放置在风洞的一端,并散发出两个传感器都会响应的气味:花香和乙醇,一种酒精。天线反应更快,在两次抽吸之间恢复的时间更短。
为了创建 Smellicopter,该团队将天线传感器添加到开源、手持、商用的四旋翼无人机平台中,该平台允许用户添加特殊功能。研究人员还在无人机背面添加了两个塑料鳍片,以产生阻力,帮助它不断地逆风。
Smellicopter 不需要研究人员的任何帮助来寻找气味。该团队为无人机创建了一个“投掷和浪涌”协议,模仿飞蛾如何寻找气味。 Smellicopter 通过向左移动特定距离开始搜索。如果没有东西超过特定的气味阈值,Smellicopter 就会向右移动相同的距离。一旦它检测到一种气味,它就会改变飞行方式向它冲去。
Smellicopter 的另一个优点是它不需要 GPS。相反,它使用相机来观察周围环境,类似于昆虫使用眼睛的方式。这使得 Smellicopter 非常适合探索矿山或管道等室内或地下空间。
在实验室的测试中,Smellicopter 自然地被调整为飞向飞蛾感兴趣的气味,例如花香。但研究人员希望未来的工作可以让飞蛾的天线感知其他气味,例如被困在瓦砾下的人呼出的二氧化碳或未爆炸装置的化学特征。
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