问答：Smellicopter 使用活蛾天线寻找气味

谁需要制造商提供的传感器？华盛顿大学的研究人员为他们的无人机配备了自然界最好的探测器之一：飞蛾天线。

华盛顿大学博士生 Melanie Anderson 说：“大自然真的把我们人造的气味传感器从水中吹了出来。” ，被称为“嗅觉直升机”的飞行器的首席研究员。

“通过使用带有 Smellicopter 的实际飞蛾天线，我们能够获得两全其美：生物有机体在机器人平台上的灵敏度，我们可以控制它的运动。”

带电天线响应化学信号，使飞行器能够导航到特定的气味。该团队将天线传感器添加到开源手持式商用四轴飞行器 平台，以及两个后部塑料鳍片，以产生阻力并保持无人机朝向上风。

安德森和其他研究人员转向 Manduca sexta hawkmoths 为他们的飞行机器人平台，将飞蛾放入冰箱中进行麻醉，然后再移除天线。根据华盛顿大学的发明者的说法，天线一旦被拿走，仍然可以保持活动状态长达四个小时，如果在冰箱中存放更长时间，这个时间范围可以延长。

在天线的任一端添加细线后，研究人员将附件连接到电路并测量来自所有天线单元的平均信号。与 Smellicopter 工程师测试过的人造传感器相比，Smellicopter 天线更快地接收到花香和乙醇，并且恢复时间更短。

该团队于 10 月 1 日在 IOP Bioinspiration &Biomimetics 期刊上发表了他们的研究结果 .

Smellicopter 使用一种称为“cast and spray”的协议来模拟飞蛾如何找到特定的气味。 UW 无人机从左侧开始一段特定距离。如果没有检测到气味，直升机会向右移动相同的距离。一旦嗅觉飞行器检测到气味，它就会改变飞行模式并朝着感兴趣的物体移动。

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一个摄像头和四个红外传感器引导无人机，以每秒十次的速度测量附近的障碍物。当在距离设备 8 英寸范围内检测到物体时，无人机会改变方向，进入下一个“cast-and-surge”阶段。

“因此，如果 Smellicopter 向左投射，而现在左侧有障碍物，它将切换到向右投射，”安德森说。 “如果 Smellicopter 闻到气味但前面有障碍物，它会继续向左或向右投射，直到在其路径上没有障碍物时它能够向前冲。”

在华盛顿大学研究实验室的测试中，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。

在下面的简短问答中，Anderson 详细解释了 Smellicopter 的工作原理，以及它在哪里工作得最好。

技术简介 ：是什么激发了选择使用带电天线的灵感？与通常添加传感器相比，我想这是一种“开箱即用”的想法。

梅兰妮·安德森： 测量飞蛾天线的电信号（触角电图）实际上已经在研究中进行过。我们只是第一个将其与小型飞行机器人平台相结合的人！飞蛾天线比任何便携式商用化学传感器灵敏许多倍。此外，它重量轻、功耗低——非常适合小型无人机平台。

技术简介 :你能带我们度过你第一次测试它的那一天吗？你在 UW 的视频中提到[如上图所示] 这是非常令人兴奋的，你不确定它是否会起作用。您最关心的是什么，您觉得那天的表现如何？

梅兰妮·安德森： 天线还产生响应运动和触摸（机械刺激）以及气味的信号。有人担心转子的振动和转子在天线上提供的额外气流会使气味检测难以分离。但是对气味的反应比其他信号要强得多，而且天线在我们在无人机上的设置中工作得非常好。

我们都非常兴奋，那天它成功了！我们努力创建从天线读取信号并将其与无人机平台结合起来产生如此令人兴奋的结果的电路，这让我们感到非常验证！

技术简介 ：天线感应到化学信号——然后它如何通知无人机去哪里？它只是跟随强烈的气味吗？它能以某种方式区分气味吗？

梅兰妮·安德森： 就像心脏监视器在心脏跳动时显示来自心脏的电信号一样，天线在闻到气味时也会产生这些类似脉冲的电信号。我们可以将细线插入天线以测量此信号并查看响应气味的脉冲。这些脉冲会通知无人机天线何时闻到某些东西。目前，天线对花香和飞蛾信息素的反应最为强烈，但我们正在对飞蛾进行基因工程改造，使其对其他气味敏感，并可用于定位炸弹或在灾难中寻找被困幸存者等场景.

许多不同的动物依靠风向来寻找气味。您可以放心地假设，如果您正在闻气味，那么气味的来源将是您的上风，因为气味是由风携带的。这样，当你闻到气味时，你就逆风行驶，当你失去那种气味时，你就逆风行驶，直到你再次找到小路。无人机做了一个简化的版本，它使用无人机背面的鳍像风向标一样被动地逆风定向，然后在遇到气味时向前冲。当它不再闻到那种气味时，它就会左右移动，直到它再次闻到气味为止。

技术简介 ：关于这项研究，您和您的团队接下来会做什么？

梅兰妮·安德森： 我们很高兴能够对飞蛾触角进行基因工程，以使 Smellicopter 在各种场景中都能发挥作用。对于我的博士研究，我还将探索基于模拟的搜索方法，以便 Smellicopter 可以在不同的空间（例如有障碍物的空间）中高效飞行。

技术简介 ：您最感兴趣的应用是什么？

梅兰妮·安德森： 搜救是非常令人兴奋的。这是一个应用程序，我们目前以嗅探犬的形式使用自然而不是人造气味传感器来寻找被困人员。如果我们能够使用一架小型无人机或一群小型无人机来寻找这些被困人员，我们将能够更快地找到他们，并使搜救犬和救援人员远离危险。

阅读 IOP Bioinspiration &Biomimetics 期刊中 UW 团队的研究 .

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