蛾触觉启发天线让无人机探测灾区危险与幸存者
无人机优势之一是能去人无法去的地方,包括可能太危险区域如自然灾害后不稳定结构或未爆装置区域。
研究人员有兴趣开发设备通过嗅探空气化学物质导航这些情况,定位灾难幸存者、气体泄漏、爆炸物等。但大多数传感器灵敏度或速度不足,无法在飞越这些源头产生的斑驳气味羽流时找到并处理特定气味。
团队开发Smellicopter,一种使用活蛾天线导航气味的自主无人机。也能在空中飞行中感知避障。用实际蛾天线,研究人员获得两全其美:生物体灵敏度在可控运动机器人平台上。
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“自然真把人造气味传感器甩在水里,”华盛顿大学博士生Melanie Anderson说。
蛾用触角感知环境化学物质导航向食物源或潜在配偶。团队用烟蛾(Manduca sexta)触角做Smellicopter。研究人员将蛾放入冰箱麻醉后取下触角。离开活蛾后,触角保持生物化学活性达四小时。冷藏可延长此时间跨度。
在触角两端加入微细导线,研究人员将其连接电路测量触角所有细胞平均信号。团队将其与典型人造传感器对比,置于风洞一端吹拂两者均响应气味:花香和乙醇(一种酒精)。触角反应更快、脉冲间恢复时间更短。
创建Smellicopter,团队将触角传感器加到开源手持商用四轴无人机平台,允许用户添加特殊功能。研究人员也在无人机后加两塑料鳍制造阻力帮助持续朝上风定向。
Smellicopter搜索气味无需研究人员帮助。团队创建“投射和冲刺”协议模仿蛾搜索气味。Smellicopter开始向左移动特定距离。若无气味超特定阈值,则向右移动相同距离。一旦检测气味,改变飞行模式冲向它。
Smellicopter另一优势不需要GPS。改用摄像头勘察周围,类似昆虫用眼睛。这使Smellicopter适合探索矿井管道等室内地下空间。
实验室测试中,Smellicopter自然调谐飞向蛾感兴趣气味如花香。但研究人员希望未来工作让蛾触角感知其他气味,如废墟下被困者呼出二氧化碳或未爆装置化学特征。
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