障害物回避ドローンはライブモスアンテナを使用

ドローンの利点の1つは、自然災害後の不安定な構造物や不発弾のある地域など、危険すぎる可能性のあるエリアを含めることができない場所に移動できることです。

研究者は、空気中の化学物質を嗅ぎ分けて被災者、ガス漏れ、爆発物などを見つけることにより、これらの状況をナビゲートできるデバイスの開発に関心を持っています。しかし、ほとんどのセンサーは、これらの発生源が作り出す斑状の匂いプルームを飛んでいるときに特定の匂いを見つけて処理するのに十分な感度や速度がありません。

チームは、蛾からのライブアンテナを使用して匂いに向かってナビゲートする自律型ドローンであるSmellicopterを開発しました。また、空中を移動するときに障害物を感知して回避することもできます。実際の蛾のアンテナを使用することで、研究者は両方の世界を最大限に活用することができました。つまり、動きを制御できるロボットプラットフォーム上の生物の感度です。

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「自然は私たちの人工の匂いセンサーを水から吹き飛ばします」と、ワシントン大学の博士課程の学生であるメラニーアンダーソンは言いました。

蛾はその触角を使用して、その環境内の化学物質を感知し、食物の供給源または潜在的な仲間に向かってナビゲートします。チームはSmellicopterにManducasextahawkmothのアンテナを使用しました。研究者たちは、アンテナを取り外す前に、蛾を冷蔵庫に入れて麻酔をかけました。生きている蛾から分離されると、アンテナは最大4時間生物学的および化学的活性を維持します。その期間は、アンテナを冷蔵庫に保管することで延長できます。

アンテナの両端に細いワイヤーを追加することで、研究者はそれを電気回路に接続し、アンテナ内のすべてのセルからの平均信号を測定することができました。次に、チームはそれを典型的な人工センサーと比較し、風洞の一方の端に両方を配置し、両方のセンサーが反応する匂いを漂わせました。花の香りとエタノール、アルコールの一種です。アンテナはより速く反応し、パフ間の回復にかかる時間が短くなりました。

Smellicopterを作成するために、チームはアンテナセンサーをオープンソースのハンドヘルドの市販のクワッドコプタードローンプラットフォームに追加しました。これにより、ユーザーは特別な機能を追加できます。研究者たちはまた、ドローンの背面に2つのプラスチック製のフィンを追加して、ドローンが常に風上に向けられるようにドラッグを作成しました。

Smellicopterは、匂いを探すために研究者の助けを必要としません。チームは、蛾が匂いを探す方法を模倣したドローンの「キャストアンドサージ」プロトコルを作成しました。 Smellicopterは、特定の距離を左に移動することで検索を開始します。特定の匂いのしきい値を超えるものがない場合、Smellicopterは同じ距離だけ右に移動します。匂いを感知すると、飛翔パターンを変えて急上昇します。

Smellicopterのもう1つの利点は、GPSを必要としないことです。代わりに、昆虫が目を使うのと同じように、カメラを使って周囲を調査します。これにより、Smellicopterは、鉱山やパイプなどの屋内または地下のスペースを探索するのに最適です。

実験室でのテスト中、Smellicopterは、花の香りなど、蛾が面白いと感じる匂いに向かって飛ぶように自然に調整されました。しかし、研究者たちは、将来の作業で、瓦礫の下に閉じ込められた人からの二酸化炭素の吐き出しや、爆発していないデバイスの化学的特徴など、他の匂いを蛾のアンテナに感知させることができると期待しています。