Ein Team von Wissenschaftlern entwickelte eine neue Art von "riechender" autonomer Drohne - genannt Smellicopter - nach a aktuelle Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Bioinspiration & Biomimetik .
Während es bereits während des Fluges physische Hindernisse erkennen und vermeiden kann, hat die biomimetische Technologie - die Mottenantennen enthält - ein unglaubliches Potenzial.
"Ich bin sicher, dass die Drohne auf dem Mars fliegen kann", sagte Melanie Anderson, Doktorandin an der University of Washington, zu Interessante Technik | wissenschaft-x.com. Es ist zwar unklar, wie eine Mottenantenne funktionieren würdereagieren auf die Marsatmosphäre, "wenn es überleben würde, könnte es dort auch Chemikalien riechen."
VERBINDUNG: BIOMIMIK: Diese Such- und Rettungsdrohne kann während des Fluges ihre Form ändern.
Smellicopter könnte Chemikalien auf dem Mars "riechen"
Diese kleinen Roboter sind zwar klein, aber in der Lage, dorthin zu fahren, wo Menschen nicht können - einschließlich gefährlicher und tödlicher Bereiche wie einer instabilen Struktur, nicht explodierter Geräte oder der apokalyptischen Folgen einer NaturkatastropheOffizielle Website der University of Washington.
Forscher verfolgen rasch die Entwicklung neuer Geräte, die in der Lage sind, durch unterschiedliche Situationen - über den "Geruch" von Chemikalien in der Luft - geschickt zu manövrieren, um den Ort von Überlebenden von Katastrophen, Sprengstoffen, Gaslecks und mehr zu ermitteln.
"Wir haben den Smellicopter so konzipiert, dass er klein ist und in kleine Innenräume passt, die normalerweise für große Drohnen nicht zugänglich sind", sagte Anderson gegenüber Interessante Technik | wissenschaft-x.com IE. Die bereitgestellten Komponenten wurden jedoch ausgetauschtFür diejenigen, die für den Mars geeignet sind, könnte der Smellicopter Gerüche auf dem Roten Planeten "riechen".
Smellicopter mischt biologischen Organismus, Roboterplattform
jedoch die meisten künstliche Sensoren sind einfach nicht empfindlich oder schnell genug, um bestimmte Gerüche oder Geruchsfahnen während des Fluges zu identifizieren, zu verarbeiten und zu verfolgen.
"Natürliche Sensoren erkennen Gerüche viel besser als tragbare künstliche Sensoren", sagte Melanie Anderson, Doktorandin im Maschinenbau an der University of Washington, gegenüber IE in einem E-Mail-Austausch. "Mottenantennen sind klein, leicht und schwachangetrieben und im Vergleich zu künstlichen Sensoren äußerst empfindlich. "
"Durch die Verwendung einer Mottenantenne mit Smellicopter können wir das Beste aus beiden Welten herausholen: die Empfindlichkeit eines biologischen Organismus auf einer Roboterplattform, auf der wir seine Bewegung steuern können", fügte Anderson im Blogbeitrag hinzu.
Motten werden vor dem Entfernen der Antenne mit einem Kühlschrank betäubt
Motten verwenden ihre Antennen, um Chemikalien in der Umgebung zu erfassen und in Richtung Nahrung oder möglicher Partner zu navigieren. "Zellen in einer Mottenantenne verstärken chemische Signale", sagte Thomas Daniel, Mitautor der Studie und Professor für BiologieCo-Supervision von Andersons Doktorarbeit, entsprechend zum Blogbeitrag.
"Unsere Antennen stammen von einer Modellmottenart, der Manduca sexta wird für viele andere Forschungen in unserem Labor verwendet, z. B. für Muskelmechanik und sogar für das Lernen ", fügte Anderson dem IE hinzu. Forscher stellten Motten in einen Kühlschrank, um sie zu betäuben - bevor sie eine Antenne aus ihrem Körper entfernten.
Smellicopter kann vier Stunden lang nach Ethanol mit blumigem Duft suchen.
Nach dem Trennen von der lebenden Motte bleibt die Antenne laut Blog-Beitrag chemisch und biologisch bis zu vier Stunden lang aktiv. Diese Frist kann jedoch durch Aufbewahren der Antennen im Kühlschrank verlängert werden.
Anderson und ihr Team haben an beiden Enden der Antenne winzige Drähte angebracht und diese erfolgreich an einen Stromkreis angeschlossen, sodass sie das durchschnittliche Signal aller Antennenzellen messen können.
Das Team verglich dieses durchschnittliche Signal dann mit einem künstlicher Sensor Platzieren Sie beide an einem Ende eines Windkanals und lassen Sie Gerüche durch den Luftkanal strömen - auf die beide Sensoren reagieren würden. Die Düfte bestanden aus einem blumigen Duft und Ethanol, einer Art Alkohol.
Der 'Cast-and-Surge'-Algorithmus hält die Drohne auf Geruchsspur
"Wir haben die Suchbahn des Smellicopters auf einem von der Natur inspirierten Forschungsalgorithmus basiert, ähnlich wie eine Motte, um Gerüche zu suchen.", Sagte Anderson zu IE. "Wenn Sie Geruch riechen und eine leichte Brise weht, können Sie dies fast immerNehmen Sie an, dass die Quelle des Geruchs von Ihnen gegen den Wind ist, da der Geruch mit dem Wind wandert. "
Bemerkenswerterweise reagierte die Drohne mit der Antenne schneller und erholte sich zwischen den Zügen mit weniger Verzögerungszeit. "Der Algorithmus Cast-and-Surge nutzt diese Tatsache aus, sodass der Smellicopter, wenn er Geruch riecht, gegen den Wind fliegt und wannes verliert den Überblick über den Geruch, dann wirft es Seitenwind, bis es die Geruchsspur wieder aufnimmt ", erklärte Anderson IE.
"Dies ergibt ein ziemlich robustes Tracking-System", fügte Anderson hinzu.
Durch Hinzufügen einer Flosse zum Geruchshubschrauber bleibt dieser gegen den Wind gerichtet.
Um die Smellicopter-Drohne zu vervollständigen, fügte das Team den Antennensensor einem Open-Source-Quadcopter in der Hand und im Handel hinzu - einer Drohnenplattform, mit der Benutzer zusätzliche Funktionen nutzen können.
"Die Smellicopter-Drohnenbasis ist der Crazyflie 2.1 der Firma Bitcraze", sagte Anderson gegenüber IE. "Ihre Open-Source-Hardware und -Software waren eine wertvolle Ressource für das Design und die Änderung der Drohnenplattform, um unseren benutzerdefinierten Antennensensor mit Flossen hinzuzufügenund Software für den Suchalgorithmus. "
Der herkömmliche Ansatz in der Robotik beinhaltet das Hinzufügen mehr Sensoren sagte Sawyer Fuller, Co-Autor der Studie und Co-Berater von Anderson: "Der klassische Ansatz in der Robotik besteht darin, mehr Sensoren hinzuzufügen und möglicherweise einen ausgefallenen Algorithmus zu erstellen oder maschinelles Lernen zu verwenden, um die Windrichtung abzuschätzen", fügte er hinzu."Es stellt sich heraus, dass Sie nur eine Flosse hinzufügen müssen."
Drohne wirkt nach links und rechts, um Hindernissen auszuweichen
Andersons Team hat den Algorithmus entwickelt, mit dem Smellicopter Gerüche, "Guss und Schwall" jagt. Die Drohne kann auch Hindernissen ausweichen - mit vier Infrarotsensoren, die ihre Umgebung ungefähr zehnmal pro Sekunde messen können. Blogbeitrag . Wenn sich ein Objekt ungefähr 20 cm von der neuartigen Drohne entfernt befindet, wechselt es die Richtung, indem es zur nächsten Stufe seiner Cast-and-Surge-Programmierung übergeht.
"[I] f Smellicopter warf nach links und jetzt gibt es ein Hindernis auf der linken Seite, es wechselt zum Werfen nach rechts", sagte Anderson im Blog-Beitrag. "Und wenn Smellicopter einen Geruch riecht, aber es gibt ein Hindernis vores wird weiter nach links oder rechts geworfen, bis es vorwärts schießen kann, wenn sich kein Hindernis auf seinem Weg befindet. "
Smellicopter könnte auf dem Mars fliegen
Smellicopter benötigt laut Team kein GPS, um zu navigieren. Stattdessen verwendet es eine Kamera, um seine Umgebung zu bewerten, ähnlich wie Insekten ihre Augen benutzen.
"Während der Geruchshubschrauber im aktuellen Zustand in staubigen Umgebungen nicht besonders gut funktioniert, könnten zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden," die in anderen Umgebungen gut funktionieren können ", sagte Anderson gegenüber IE. Vorausgesetzt, die Copter-Blades bieten ein AnhebenIn einer dünneren, staubigeren Atmosphäre könnte der Smellicopter sogar auf dem Roten Planeten fliegen.
"Ich bin sicher, dass die Drohne auf dem Mars fliegen kann", sagte Anderson gegenüber IE.
Smellicopter könnte den Mars "riechen", wenn die Mottenantenne überlebt hätte
Ob es jedoch eine Geruchsfahne auf dem Roten Planeten erkennen könnte, steht zur Debatte. "Ich bin nicht sicher, wie die Antenne auf die Atmosphäre reagieren würde, aber wenn sie überleben würde, könnte sie dort auch Chemikalien riechen", sagte AndersonDies bedeutet, dass biomimetische Drohnen wie Smellicopter eines Tages bei der Suche nach organischen Verbindungen auf dem Mars helfen könnten, sofern die Antenne die interplanetare Reise und den atmosphärischen Eintritt überlebt hat.
Zum Zeitpunkt des Schreibens arbeitet das Forschungsteam mit einem anderen Labor zusammen, "um Mottenantennen gentechnisch so zu verändern, dass sie gegenüber anderen Chemikalien wie Bombengerüchen empfindlich sind", erklärte Anderson gegenüber IE.
Smellicopter, um auf den Markt zu kommen, aber das Sammeln von Motten ist DIY
"Wir streben an, innerhalb weniger Jahre Antennen zu haben, die gegenüber anderen Chemikalien empfindlich sind", fügte Anderson hinzu. Unabhängig von seinem Entwicklungsstadium hat Smellicopter jedoch die Open-Source-Natur erstaunliches Potenzial in gefährlichen Umgebungen - von der Unterstützung in Notfällen bis zur Erkundung neuer Umgebungen.
"Wir arbeiten daran, die Antennensensorschaltung außerhalb unseres Labors herzustellen und zu montieren, damit wir sie mit anderen teilen können", sagte Anderson gegenüber IE. "Danach kann der Smellicopter bei gekauft, montiert und programmiert werdenZuhause!"
"Der einzige schwierige Teil ist, die Motten zu bekommen", witzelte Anderson.