Drone Smellicopter Menggunakan Antena Semut untuk Mendeteksi Bau, Mengungguli Sensor Buatan Manusia

Siapa yang butuh sensor dari produsen? Peneliti dari University of Washington telah melengkapi drone mereka dengan salah satu detektor terbaik dari alam: antena semut.

“Alam benar-benar mengalahkan sensor bau buatan manusia,” ujar mahasiswa doctoral UW Melanie Anderson , peneliti utama kendaraan udara yang dikenal sebagai "Smellicopter."

"Dengan menggunakan antena semut aktual dengan Smellicopter, kami dapat memperoleh keduanya: sensitivitas organisme biologis pada platform robotik di mana kami dapat mengontrol gerakannya.”

Antenas hidup merespons sinyal kimia, memungkinkan kendaraan terbang untuk menavigasi menuju bau tertentu. Tim menambahkan sensor antena ke platform quadcopter komersial tersedia yang bersumber terbuka  , bersama dengan dua sirip plastik di belakang untuk menciptakanドラگ dan menjaga drone tetap dihadapkan ke angin.

Anderson dan rekan peneliti beralih ke hawkmoth Manduca sexta untuk platform robot terbang mereka, menempatkan semut di dalam kulkas untuk membius mereka sebelum mengeluarkan antena. Antena, setelah diambil, tetap aktif hingga empat jam, dan rentang waktu itu dapat diperpanjang jika disimpan lebih lama di kulkas, menurut pencipta UW.

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

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

Smellicopter menggunakan protokol yang dikenal sebagai "cast and surge" untuk meniru bagaimana semut mencari bau tertentu. Drone UQ memulai di 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 diminati.

Teknologi Otonom Lainnya di Tech Briefs

Robot bawah air UCSD mirip dengan cumi-cumi.

Lihat bagaimana Angkatan Bersenjata menguji drone merambah.

Tonton bagaimana peneliti MIT mengendalikan drone dengan gerak.

Sebuah kamera dan empat sensor inframerah memandu UAV, mengukur rintangan di sekitarnya dengan laju sepuluh kali per detik. Jika objek terdeteksi dalam radius 8 inci dari perangkat, drone mengubah arah dengan pindah ke tahap "cast-and-surge" berikutnya.

“Jadi jika Smellicopter sedang mencari ke kiri dan sekarang ada rintangan di kiri, ia akan beralih ke pencarian ke kanan,” ujar Anderson. “Dan jika Smellicopter mencium bau tetapi ada rintangan di depannya, ia akan terus mencari ke kiri atau kanan sampai dapat melompat maju ketika tidak ada rintangan di jalurnya.”

Selama tes di laboratorium penelitian UW, Smellicopter secara alami diatur untuk terbang menuju bau yang menarik bagi semut, seperti bau bunga. Namun para peneliti berharap pekerjaan mendatang dapat membuat antena semut merasakan bau lain, seperti nafas karbon dioksida dari seseorang yang terjebak di bawah puing puing atau tanda tangan kimia dari perangkat yang meledak.

Dalam Q&A singkat di bawah, Anderson menjelaskan lebih banyak tentang cara kerja Smellicopter, dan di mana ia bekerja paling baik.

Tech Briefs: Apa yang menginspirasi pilihan untuk menggunakan antena hidup? Saya bayangkan ini adalah ide “out-of-the-box” dibandingkan dengan penambahan sensor biasa.

Melanie Anderson: Mengukur sinyal listrik dari antena semut (elektroantenogram) sebenarnya telah dilakukan dalam penelitian sebelumnya. Kami hanya yang pertama menggabungkannya dengan platform robot terbang kecil! Antena semut jauh lebih sensitif daripada sensor kimia komersial portabel apa pun. Selain itu, ringan dan hemat daya — sempurna untuk platform drone kecil.

Tech Briefs: 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 apakah akan berhasil. Apa yang paling membuat Anda khawatir, dan bagaimana Anda merasa performanya pada hari itu?

Melanie Anderson: Antenas juga menghasilkan sinyal sebagai respons terhadap gerakan dan sentuhan (stimulus mekanik) serta bau. Ada kekhawatiran bahwa getaran dari rotor dan aliran udara tambah yang diberikan rotor di atas antena akan sulit memisahkan deteksi bau. Namun respons terhadap bau jauh lebih kuat dari sinyal lain, dan antena bekerja sangat baik dalam pengaturan kami pada drone.

Kami semua sangat senang bahwa berhasil pada 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 ini!

Tech Briefs: Antena merasakan sinyal kimia – bagaimana itu kemudian memberi tahu drone kemana pergi? Apakah itu hanya mengikuti bau kuat? Bisakah somehow membedakan antara bau?

Melanie Anderson: Seperti monitor jantung menunjukkan sinyal listrik dari jantung saat berdebar, antena juga menghasilkan sinyal listrik seperti pulsa saat mencium bau. Kami dapat menyisipkan kawat kecil ke dalam antena untuk mengukur sinyal ini dan melihat pulsa sebagai respons terhadap bau. Pulsa ini memberi tahu drone kapan antena mencium sesuatu. Untuk saat ini, antena paling berepons kuat terhadap bau bunga dan feromon semut, tetapi kami sedang bekerja pada pengubah genetik semut sehingga akan sensitif terhadap bau lain dan dapat digunakan dalam skenario seperti menentukan lokasi bom atau menemukan korban yang terjebak dalam bencana.

Banyak hewan yang mencari bau melakukan dengan mengandalkan arah angin. Anda dapat dengan aman mengasumsikan bahwa jika Anda mencium bau, maka sumber bau itu akan berada di hadapan angin dari Anda, karena bau dibawa oleh angin. Dengan cara ini, saat Anda mencium bau, maka Anda bergerak ke hadapan angin, dan saat Anda kehilangan bau tersebut, maka Anda bergerak melintang angin sampai Anda menemukan jejaknya lagi. Drone melakukan versi sederhana dari ini di mana secara pasif diarahkan ke hadapan angin menggunakan sirip di belakang drone seperti titik angin, dan kemudian melompat maju saat menemukan bau. Saat tidak mencium bau tersebut lagi, maka mencari ke kiri dan kanan sampai mencium bau lagi.

Tech Briefs: Apa selanjutnya bagi Anda dan tim Anda terkait penelitian ini?

Melanie Anderson: Kami sangat bersemangat untuk bekerja pada pengubah genetik antena semut untuk membuat Smellicopter berguna dalam berbagai skenario. Untuk penelitian doctoral saya, saya juga akan menjelajahi metode pencarian berbasis simulasi sehingga Smellicopter dapat terbang secara efisien di berbagai ruang seperti yang terdapat rintangan.

Tech Briefs: Aplikasi mana yang paling menarik bagi Anda?

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

Baca penelitian tim UW di jurnal IOP Bioinspiration & Biomimetics .

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