Drone Smellicopter Usa Antena de Polilla para Detectar Olores, Superando Sensores Humanos

¿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 supera nuestros sensores de olor hechos por humanos", dijo la estudiante doctoral de UW Melanie Anderson aquí, investigadora 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 viva responde a señales químicas, permitiendo al vehículo volador navegar hacia olores específicos. El equipo agregó el sensor de antena a una plataforma quadcopter de mano comercial de código abierto aquí, junto con dos aletas plásticas traseras para crear arrastre y mantener el dron orientado contra el viento.

Anderson y colegas investigadores recurrieron a halcones de tabaco Manduca sexta para su plataforma robótica voladora, colocando las polillas en un refrigerador para anestesiarlas antes de remover 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 diminutos alambres en ambos extremos 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 olores florales y etanol más rápido —y tomó menos tiempo en recuperarse— que un sensor hecho por humanos probado por los ingenieros de Smellicopter.

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

Smellicopter usa un protocolo conocido como "cast and surge" (lanzar y avanzar) para imitar cómo las polillas encuentran olores específicos. El dron UW comienza a la izquierda por una distancia específica. Si no se detecta olor, el copter se mueve a la derecha por 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 obstáculos cercanos a una tasa de diez veces por segundo. Cuando se detecta un objeto dentro de 8 pulgadas del dispositivo, el dron cambia dirección yendo a la siguiente etapa "cast-and-surge".

"Así que 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, va a continuar lanzando izquierda o derecha hasta que pueda avanzar cuando no hay obstáculo en su camino."

Durante pruebas en el laboratorio de investigación de UW, Smellicopter estaba naturalmente sintonizado para volar hacia olores que las polillas encuentran interesantes, como olores florales. Pero los investigadores esperan que trabajo futuro pueda tener la antena de polilla detectar otros olores, como la exhalación de dióxido de carbono de alguien atrapado bajo escombros o la firma química de un dispositivo sin explotar.

En una breve Q&A abajo, Anderson explica más sobre cómo funciona Smellicopter, y dónde funciona mejor.

Tech Briefs: ¿Qué inspiró la elección de usar una antena viva? Imagino que esto fue una idea "fuera de la caja" comparada con la usual adición de un sensor.

Melanie Anderson: Medir la señal eléctrica de una antena de polilla (un electroantenograma) en realidad se ha hecho en investigación antes. Solo somos los primeros en combinar eso con una plataforma robótica voladora pequeña. La antena de polilla es muchas veces más sensible que cualquier sensor químico comercial portátil. Además, es ligera y de bajo consumo —perfecta para una plataforma de dron pequeño.

Tech Briefs: ¿Puede llevarnos a través del día que la probaron por primera vez? Mencionó en el video de UW [mostrado arriba en este artículo] que fue muy emocionante y que no estaban seguros que funcionaría. ¿Qué les preocupaba más, y cómo sintieron que realizó ese día?

Melanie Anderson: La antena también produce señales en respuesta a movimiento y tacto (estímulo mecánico) así como olor. Había preocupaciones que las vibraciones de los rotores y el flujo extra de aire que los rotores proveen sobre la antena harían difícil separar detecciones de olor. Pero la respuesta a olor es mucho más fuerte que las otras señales, y la antena funciona extremadamente bien en nuestra configuración en el dron.

Todos estuvimos muy emocionados que funcionara ese día! Se sintió muy validador que nuestros esfuerzos para crear el circuito que lee las señales de la antena y combinar eso con la plataforma del dron resultaran en producir un resultado tan emocionante!

Tech Briefs: La antena detecta una señal química —¿cómo eso informa a dónde va el dron? ¿Solo sigue un olor fuerte? ¿Puede de alguna manera diferenciar entre olores?

Melanie Anderson: Como un monitor cardíaco muestra la señal eléctrica del corazón mientras late, la antena también produce estas señales eléctricas tipo pulso cuando huele olor. Podemos insertar pequeños alambres en la antena para medir esta señal y ver los pulsos en respuesta a olor. Estos pulsos informan al dron de cuándo la antena huele algo. Por ahora, la antena responde más fuertemente a olor floral y feromona de polilla, pero estamos trabajando en ingeniería genética de la polilla para que sea sensible a otros olores y pueda usarse en escenarios como localizar bombas o encontrar sobrevivientes atrapados en un desastre.

Muchos animales diferentes que buscan olores lo hacen confiando en la dirección del viento. Puedes asumir con seguridad que si estás oliendo olor, entonces la fuente de ese olor estará contra el viento desde ti, ya que el olor es llevado por el viento. De esta manera, cuando hueles olor, viajas contra el viento, y cuando pierdes ese olor, viajas cruzado hasta que captas el rastro de nuevo. El dron hace una versión simplificada de esto donde se orienta pasivamente contra el viento usando las aletas en la parte trasera del dron como veletas, y luego avanza cuando encuentra olor. Cuando no huele ese olor más, entonces lanza izquierda y derecha hasta que huele el olor de nuevo.

Tech Briefs: ¿Qué sigue para usted y su equipo respecto a esta investigación?

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

Tech Briefs: ¿Qué aplicación es más emocionante para usted?

Melanie Anderson: Búsqueda y rescate es muy emocionante. Es una aplicación donde actualmente usamos naturaleza en forma de perros rastreadores en lugar de sensores de olor hechos por humanos para encontrar personas atrapadas. Si pudiéramos usar un dron diminuto, o un enjambre de drones diminutos, para encontrar estas personas atrapadas en su lugar, podríamos localizarlas más rápido y mantener a los perros de búsqueda y trabajadores de rescate fuera de peligro.

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

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