Preguntas y respuestas:Smellicopter utiliza una antena de polilla viva para buscar olores

¿Quién necesita un sensor del fabricante? Investigadores de la Universidad de Washington han equipado su dron con uno de los mejores detectores de la naturaleza:una antena de polilla.

"La naturaleza realmente saca del agua a nuestros sensores de olor hechos por humanos", dijo Melanie Anderson, estudiante de doctorado de la UW , investigador principal del vehículo aéreo conocido como "Smellicopter".

"Al usar una antena de polilla real con Smellicopter, podemos obtener lo mejor de ambos mundos:la sensibilidad de un organismo biológico en una plataforma robótica donde podemos controlar su movimiento".

La antena en vivo responde a señales químicas, lo que permite que el vehículo volador navegue hacia olores específicos. El equipo agregó el sensor de antena a un cuadricóptero portátil de código abierto disponible comercialmente plataforma, junto con dos aletas traseras de plástico para crear resistencia y mantener el dron orientado contra el viento.

Anderson y otros investigadores recurrieron a Manduca sexta polillas halcón para su plataforma robótica voladora, colocando las polillas en un refrigerador para anestesiarlas antes de retirar una antena. La antena, una vez tomada, permanece activa hasta por cuatro horas, y ese rango de tiempo puede extenderse si se almacena por más tiempo en el refrigerador, según los inventores de UW.

Después de agregar pequeños cables en cada extremo de la antena, los investigadores conectaron el apéndice a un circuito eléctrico y midieron la señal promedio de todas las celdas de la antena. La antena de Smellicopter captó los aromas florales y el etanol más rápidamente (y tardó menos en recuperarse) que un sensor hecho por humanos y probado por los ingenieros de Smellicopter.

El equipo publicó sus resultados el 1 de octubre en la revista IOP Bioinspiration &Biomimetics .

El Smellicopter utiliza un protocolo conocido como "lanzar y aumentar" para imitar cómo las polillas encuentran olores específicos. El dron UW comienza a la izquierda para una distancia específica. Si no se detecta un olor, el helicóptero se mueve hacia la derecha la misma distancia. Una vez que Smellicopter detecta un olor, cambia su patrón de vuelo y se mueve hacia el objeto de interés.

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Una cámara y cuatro sensores infrarrojos guían el UAV, midiendo los obstáculos cercanos a una velocidad de diez veces por segundo. Cuando se detecta un objeto dentro de las 8 pulgadas del dispositivo, el dron cambia de dirección y pasa a la siguiente etapa de "lanzamiento y sobretensión".

“Entonces, si Smellicopter estaba lanzando a la izquierda y ahora hay un obstáculo a la izquierda, cambiará a lanzar a la derecha”, dijo Anderson. "Y si Smellicopter huele un olor pero hay un obstáculo frente a él, continuará girando hacia la izquierda o hacia la derecha hasta que pueda avanzar cuando no haya un obstáculo en su camino".

Durante las pruebas en el laboratorio de investigación de la Universidad de Washington, Smellicopter se sintonizó naturalmente para volar hacia los olores que las polillas encuentran interesantes, como los aromas florales. Pero los investigadores esperan que el trabajo futuro pueda hacer que la antena de la polilla detecte otros olores, como la exhalación de dióxido de carbono de alguien atrapado bajo los escombros o la firma química de un dispositivo sin explotar.

En una breve sesión de preguntas y respuestas a continuación, Anderson explica más sobre cómo funciona Smellicopter y dónde funciona mejor.

Resúmenes técnicos :¿Qué inspiró la elección de usar una antena viva? Me imagino que esta fue una idea "lista para usar" en comparación con la adición habitual de un sensor.

Melanie Anderson: La medición de la señal eléctrica de una antena de polilla (un electroantenograma) ya se ha realizado en investigaciones anteriores. ¡Somos los primeros en combinar eso con una pequeña plataforma robótica voladora! La antena polilla es muchas veces más sensible que cualquier sensor químico comercial portátil. Además, es liviano y de baja potencia, perfecto para una pequeña plataforma de drones.

Resúmenes técnicos :¿Puede contarnos el día que lo probó por primera vez? Mencionaste en el video de UW [mostrado arriba en este artículo] que era muy emocionante y que no estabas seguro de que iba a funcionar. ¿Qué era lo que más te preocupaba y cómo sentiste que funcionó ese día?

Melanie Anderson: La antena también produce señales en respuesta al movimiento y al tacto (estímulo mecánico), así como al olor. Existía la preocupación de que las vibraciones de los rotores y el flujo adicional de aire que los rotores proporcionan sobre la antena dificultarían la separación de las detecciones de olores. Pero la respuesta al olor es mucho más fuerte que las otras señales, y la antena funciona extremadamente bien en nuestra configuración en el dron.

¡Todos estábamos muy emocionados de que funcionara ese día! ¡Se sintió muy validado que nuestros esfuerzos para crear el circuito que lee las señales de la antena y combinarlo con la plataforma del dron dieron como resultado un resultado tan emocionante!

Resúmenes técnicos :La antena detecta una señal química. ¿Cómo informa eso adónde va el dron? ¿Solo sigue un olor fuerte? ¿Puede de alguna manera diferenciar entre olores?

Melanie Anderson: Al igual que un monitor cardíaco muestra la señal eléctrica del corazón a medida que late, la antena también produce estas señales eléctricas similares a pulsos cuando huele un olor. Podemos insertar pequeños cables en la antena para medir esta señal y ver los pulsos en respuesta al olor. Estos pulsos informan al dron cuando la antena huele algo. Por ahora, la antena responde con más fuerza al aroma floral y a la feromona de polilla, pero estamos trabajando en la ingeniería genética de la polilla para que sea sensible a otros aromas y pueda usarse en escenarios como localizar bombas o encontrar supervivientes atrapados en un desastre. .

Muchos animales diferentes que buscan olores lo hacen basándose en la dirección del viento. Puede asumir con seguridad que si está oliendo un olor, entonces la fuente de ese olor estará contra el viento, ya que el olor se lo lleva el viento. De esta manera, cuando hueles un olor, viajas contra el viento, y cuando pierdes ese olor, viajas con el viento cruzado hasta que vuelves a encontrar el rastro. El dron hace una versión simplificada de esto en la que se orienta pasivamente contra el viento usando las aletas en la parte posterior del dron como veletas, y luego avanza cuando encuentra un olor. Cuando ya no huele ese olor, gira de izquierda a derecha hasta que vuelve a oler el olor.

Resúmenes técnicos :¿Qué sigue para usted y su equipo con respecto a esta investigación?

Melanie Anderson: Estamos muy emocionados de trabajar en la ingeniería genética de las antenas de las polillas para que el Smellicopter sea útil en una variedad de escenarios. Para mi investigación doctoral, también exploraré métodos de búsqueda basados ​​en simulación para que el Smellicopter pueda volar eficientemente en diferentes espacios, como aquellos con obstáculos.

Resúmenes técnicos :¿Qué aplicación te resulta más interesante?

Melanie Anderson: La búsqueda y rescate es muy emocionante. Es una aplicación en la que actualmente usamos la naturaleza en forma de perros rastreadores en lugar de sensores de olores hechos por el hombre para encontrar personas atrapadas. Si pudiéramos usar un dron diminuto, o un enjambre de dron diminutos, para encontrar a estas personas atrapadas, podríamos localizarlas más rápido y mantener a salvo a los perros de búsqueda y a los rescatistas.

Lea la investigación del equipo de la UW en la revista IOP Bioinspiration &Biomimetics .

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