T&J:Smellicopter Menggunakan Antena Ngengat Hidup untuk Mencari Bau

Siapa yang butuh sensor dari pabrikan? Para peneliti dari University of Washington telah melengkapi drone mereka dengan salah satu detektor alam terbaik:antena ngengat.

“Alam benar-benar mengeluarkan sensor bau buatan manusia dari air,” kata mahasiswa doktoral UW Melanie Anderson , peneliti utama kendaraan udara yang dikenal sebagai "Smellicopter".

"Dengan menggunakan antena ngengat sungguhan dengan Smellicopter, kami bisa mendapatkan yang terbaik dari kedua dunia:sensitivitas organisme biologis pada platform robot tempat kami dapat mengontrol gerakannya."

Antena hidup merespons sinyal kimia, memungkinkan kendaraan terbang untuk menavigasi ke arah bau tertentu. Tim menambahkan sensor antena ke quadcopter genggam open-source yang tersedia secara komersial platform, bersama dengan dua sirip plastik belakang untuk membuat tarikan dan menjaga drone tetap berorientasi melawan angin.

Anderson dan rekan peneliti beralih ke Manduca sexta hawkmoth untuk platform robot terbang mereka, menempatkan ngengat ke dalam lemari es untuk membius mereka sebelum melepas antena. Antena, setelah diambil, tetap aktif hingga empat jam, dan rentang waktu tersebut dapat diperpanjang jika disimpan lebih lama di lemari es, menurut penemu UW.

Setelah menambahkan kabel kecil ke kedua ujung antena, para peneliti menghubungkan embel-embel ke sirkuit listrik dan mengukur sinyal rata-rata dari semua sel antena. Antena Smellicopter menangkap aroma bunga dan etanol lebih cepat — dan membutuhkan waktu lebih sedikit untuk memulihkannya — daripada sensor buatan manusia yang diuji oleh para insinyur Smellicopter.

Tim mempublikasikan hasil mereka pada 1 Oktober di jurnal IOP Bioinspiration &Biomimetics .

Smellicopter menggunakan protokol yang dikenal sebagai "cast and surge" untuk meniru bagaimana ngengat menemukan bau tertentu. Drone UW dimulai dari kiri untuk jarak tertentu. Jika bau tidak terdeteksi, helikopter bergerak ke kanan untuk jarak yang sama. Setelah Smellicopter mendeteksi bau, ia mengubah pola terbangnya dan bergerak menuju objek yang diinginkan.

Teknologi yang Lebih Otonom pada Ringkasan Teknologi

Robot bawah air UCSD menyerupai cumi-cumi.

Lihat bagaimana Angkatan Darat menguji drone yang berkerumun.

Tonton bagaimana peneliti MIT mengendalikan drone dengan gerakan.

Sebuah kamera dan empat sensor inframerah memandu UAV, mengukur rintangan terdekat dengan kecepatan sepuluh kali per detik. Saat sebuah objek terdeteksi dalam jarak 8 inci dari perangkat, drone mengubah arah dengan menuju ke tahap "cast-and-surge" berikutnya.

“Jadi jika Smellicopter melakukan casting ke kiri dan sekarang ada penghalang di sebelah kiri, itu akan beralih ke casting ke kanan,” kata Anderson. “Dan jika Smellicopter mencium bau, tetapi ada penghalang di depannya, Smellicopter akan terus meluncur ke kiri atau ke kanan hingga bisa meluncur ke depan saat tidak ada penghalang di jalurnya.”

Selama pengujian di laboratorium penelitian UW, Smellicopter secara alami disetel untuk terbang menuju aroma yang menarik bagi ngengat, seperti aroma bunga. Tetapi para peneliti berharap bahwa penelitian di masa depan dapat membuat antena ngengat merasakan bau lain, seperti menghirup karbon dioksida dari seseorang yang terperangkap di bawah puing-puing atau tanda kimia dari perangkat yang tidak meledak.

Dalam Tanya Jawab singkat di bawah ini, Anderson menjelaskan lebih lanjut tentang cara kerja Smellicopter, dan di mana ia bekerja paling baik.

Ringkasan Teknologi :Apa yang mengilhami pilihan untuk menggunakan antena langsung? Saya membayangkan bahwa ini adalah ide yang “out-of-the-box” dibandingkan dengan penambahan sensor biasa.

Melanie Anderson: Pengukuran sinyal listrik dari antena ngengat (electroantennogram) sebenarnya sudah pernah dilakukan penelitian sebelumnya. Kami adalah yang pertama menggabungkannya dengan platform robot terbang kecil! Antena ngengat berkali-kali lebih sensitif daripada sensor kimia komersial portabel mana pun. Selain itu, ini ringan dan bertenaga rendah — sempurna untuk platform drone kecil.

Ringkasan Teknologi :Bisakah Anda membawa kami melalui hari Anda mengujinya untuk pertama kalinya? Anda menyebutkan dalam video UW [ditampilkan di atas dalam artikel ini] bahwa itu sangat menarik dan Anda tidak yakin itu akan berhasil. Apa yang paling Anda khawatirkan, dan bagaimana menurut Anda kinerjanya hari itu?

Melanie Anderson: Antena juga menghasilkan sinyal sebagai respons terhadap gerakan dan sentuhan (stimulus mekanis) serta bau. Ada kekhawatiran bahwa getaran dari rotor dan aliran udara ekstra yang disediakan oleh rotor di atas antena akan menyulitkan pendeteksian bau. Namun respons terhadap bau jauh lebih kuat daripada sinyal lainnya, dan antena bekerja sangat baik dalam pengaturan kami di drone.

Kami semua sangat senang bahwa itu berhasil hari itu! Rasanya sangat memvalidasi bahwa upaya kami untuk membuat sirkuit yang membaca sinyal dari antena dan menggabungkannya dengan platform drone berhasil menghasilkan hasil yang sangat menarik!

Ringkasan Teknologi :Antena merasakan sinyal kimia – bagaimana itu kemudian menginformasikan ke mana drone pergi? Apakah itu hanya mengikuti bau yang kuat? Bisakah itu entah bagaimana membedakan antara bau?

Melanie Anderson: Seperti monitor jantung yang menunjukkan sinyal listrik dari jantung saat berdetak, antena juga menghasilkan sinyal listrik seperti pulsa saat mencium bau. Kita dapat memasukkan kabel kecil ke antena untuk mengukur sinyal ini dan melihat pulsa sebagai respons terhadap bau. Pulsa ini menginformasikan drone ketika antena mencium sesuatu. Untuk saat ini, antena merespon paling kuat terhadap aroma bunga dan feromon ngengat, tetapi kami sedang mengerjakan rekayasa genetika ngengat sehingga akan peka terhadap aroma lain dan dapat digunakan dalam skenario seperti menemukan bom atau menemukan korban selamat yang terperangkap dalam bencana. .

Banyak hewan berbeda yang mencari bau melakukannya dengan mengandalkan arah angin. Anda dapat dengan aman berasumsi bahwa jika Anda mencium bau, maka sumber bau itu akan melawan arah angin dari Anda, karena bau itu dibawa oleh angin. Dengan cara ini, ketika Anda mencium bau, maka Anda melakukan perjalanan melawan arah angin, dan ketika Anda kehilangan bau itu, maka Anda melakukan perjalanan melawan arah angin sampai Anda mengambil jejak itu lagi. Drone melakukan versi yang disederhanakan di mana ia secara pasif mengarahkan melawan angin menggunakan sirip di bagian belakang drone seperti baling-baling cuaca, dan kemudian melonjak ke depan ketika menemukan bau. Saat sudah tidak tercium bau itu lagi, lalu lempar ke kiri dan ke kanan sampai tercium baunya lagi.

Ringkasan Teknologi :Apa langkah Anda dan tim Anda selanjutnya terkait penelitian ini?

Melanie Anderson: Kami sangat bersemangat untuk bekerja pada rekayasa genetika antena ngengat untuk membuat Smellicopter berguna dalam berbagai skenario. Untuk penelitian doktoral saya, saya juga akan mengeksplorasi metode pencarian berbasis simulasi sehingga Smellicopter dapat terbang secara efisien di ruang yang berbeda seperti ruang dengan rintangan.

Ringkasan Teknologi :Aplikasi apa yang paling menarik bagi Anda?

Melanie Anderson: Pencarian dan penyelamatan sangat menarik. Ini adalah aplikasi di mana kami saat ini menggunakan alam dalam bentuk anjing pelacak daripada sensor bau buatan manusia untuk menemukan orang yang terjebak. Jika kami dapat menggunakan drone kecil, atau segerombolan drone kecil, untuk menemukan orang-orang yang terperangkap ini, kami akan dapat menemukan mereka lebih cepat dan menjauhkan anjing pencari dan petugas penyelamat dari bahaya.

Baca penelitian tim UW di jurnal IOP Bioinspiration &Biomimetics .

Apa pendapat Anda tentang Smellicopter? Bagikan pertanyaan dan komentar Anda di bawah.