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若是蛾生有四序的话,我在遇到那个人之前都是春天。
我是一只Manduca sexta,你也可以叫我的中文名菸草天蛾,虽然我的一生很短,然则过的还算开心。
为了寻找食物,我进化出了敏捷的触角,可以感知到远处鲜花的味道,但正是这唯一让我引以为豪的优势,让我碰到了那个人。
他居然把我的触角剪下来看成感测器放在了无人机上!

——选自《一只菸草天蛾的自传》

无人机可能不是什么新鲜事物了,感测器也不是。

无论是视觉感测器、声音感测器,都已经在许多自助机械上得到了运用,现在人工视觉和听觉感测器在许多方面甚至超过了包罗人类在内的所有生物。

嗅觉感测器却很少会在自主机械上得以运用,其中一条很主要的缘故原由就是其敏捷度不高。

我们到现在都无法做出媲美警犬嗅觉的机械人,以是警犬依旧在安检中负担寻找爆炸物和毒品的重任。

然则若是把生物的嗅觉器官作为感测器加到自主机械——像是无人机上呢?

西雅图华盛顿大学的研究人员就这么做了。

他们把菸草天蛾的一只触角剪下来,然后把电极插入触角的两头,就可以行使触角对气息的感知,制造一个能够追寻气息航行的无人机!

 

这是怎么做到的呢?

每做两台无人机,就要牺牲一只小飞蛾

要制作这样一个感测器,你需要从天蛾身上「收获」一个真的触角。

首先,研究人员需要找到一只康健的菸草天蛾,然后在取出触角之前对它们举行麻醉。

一旦触角与活蛾星散,触角还能再生物和化学上保持长达4小时的活性,而通过将触角存放在冰箱中,可以延伸这个时间。

飞蛾的触角是中空的,接下来就可以把电极穿到触角的两头,就像这样:

电极的另一端连接着电压放大器和滤波器,透过类比数位转换器运行,你就得到了一个重量只有1.5克,耗电量只有2.7mW的化学感测器。

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研究人员还将其与通俗的人类制造的感测器举行了对照,将两者放在风洞的一端,并释放两种感测器都市反映的气息:花香和乙醇。效果显示,飞蛾触角感测器的反映速度更快,感知气息恢复的时间更短。

飞蛾触角中的嗅觉神经元遇到熟悉的气息时,就会发生电讯号,进而电极就会接收到这种气息。它比传统的金属氧化物气息感测器敏感得多,体积更小,效率更高,是无人机的理想选择。

一个感测器只需要一根这样的触角,以是每只飞蛾都可以用来制作两个这样的气息感测器。

模拟飞蛾搜索气息,自主征采目的

这项研究是由华盛顿大学向导的一个团队开发的,成员有西雅图华盛顿大学机械工程教授的博士生Melanie Anderson,生物学教授Thomas Daniel,机械工程助理教授Sawyer。

这个嗅觉无人机项目名为Crazyflie 2.0,他们制作的这款行使飞蛾触角当感测器的无人机名为Smellicopter。

研究人员首先将「飞蛾感测器」加入一个通俗的开源手持四翼无人机上,然后通过确立一个「投掷和激增」"协议来模拟飞蛾搜索气息的方式,进而使得Smellicopter可以自主追寻气息举行导航。

具体来说,Smellicopter会先透过向左移动特定距离更先搜索,若是没有感知到任何气息通过特定的阈值,Smellicopter就会向右移动相同的距离。一旦检测到气息,它就会凭据设定的程式改变航行模式,自主向气息目的飞去。

由于气息是透过空气流传的,以是除非是在源头的下风处,否则嗅觉感测器就无法探测到它们,因此研究人员还在无人机的后头添加了两个塑料翅片,以对空气发生阻力,辅助感测器保持朝向上风向。

未来可以应用到对爆炸物的搜索,高中生也能加入

和其他无人机类似,Smellicopter糊了装备有嗅觉感测器,还装有四个红外线感测器,用以避开障碍物。

红外感测器和嗅觉感测器并不冲突。红外感测器每秒丈量10次周围的情形,当有器械靠近无人机约20公分范围内时,它就会改变方向,嗅觉感测器则更先一个新的「投掷和激增 」协议循环。

Melanie Anderson示意,不需要GPS是Smellicopter的另一优势,使用四个红外感测器来勘探周围环境,类似于昆虫使用眼睛的方式,这使得Smellicopter异常适合探索矿井或管道等室内或地下空间。

Melanie Anderson还示意他们使用的飞蛾感测器的性能至少比其他人工感测器要好3个量级。

现在,研究人员已经更先修改蛾类的气息检测路径,使触角对其他感兴趣的化学物质敏感,如爆炸物的化学气息,这是这款无人机未来潜在的应用场景之一。

Thomas Daniel还示意,这个项目相对简朴,这意味着即使是高中生也有可能介入其中,可能是在地面机械人而不是无人机上。

该项目论文标题为《A bio-hybrid odor-guided autonomous palm-sized air vehicle》,揭晓在《IOP Bioinspiration & Biomimetics》杂志上。

资料泉源:

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