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Smellicopter“嗅觉直升机”可在机器人平台上控制生物有机体的运动

2020-12-11 17:30:00

能够在人类无法前往的危险区域执行任务是无人机的重要优势之一，这些危险区域包括自然灾害后的失稳建筑物以及有未爆炸装置的地区。研究人员一直希望能开发“嗅觉救援设备”，通过嗅觉感知空气中的化学物质来定位灾难幸存者、气体泄漏及爆炸物。

然而，人造传感器要么不够灵敏，要么分析速率较慢，无法在无人机的飞行过程中定位并处理特定气味。techxplore.com网站当地时间12月8日报道，美国华盛顿大学领导的研究团队推出了一款“嗅觉直升机”（Smellicopter）。

这种自主无人机，能够利用搭载的“飞蛾活体触须”，实现气味导航。它在空中飞行时还可以感知并躲避障碍物。相关研究成果刊登在《生物灵感与仿生学》杂志中。

论文作者、华盛顿大学机械工程学博士生Melanie Anderson评价：“Smellicopter综合了两方面的优势——在机器人平台上，控制生物有机体的运动。”

为寻找食物或配偶，飞蛾借助触须来感知环境中的化学物质。“飞蛾触须中的细胞能够放大化学信号，”论文作者、华盛顿大学生物学教授Thomas Daniel解释道，“飞蛾的嗅觉反应非常迅速、高效——一种气味分子就能触发许多细胞反应。”

研究人员使用烟草天蛾（Msh）的触须制造了嗅觉直升机。他们将Msh放在冰箱中，在其麻醉后将触须剥离，触须分离后能在4小时内保持生物、化学活性，冰箱储存能延长触须的活性时间。随后，他们在触须上引入细电线，将其接入电路并测量其中所有细胞的平均信号。实验证明，这种触须传感器的反应速度更快。

为制造Smellicopter，研究人员在商用开源手持四轴飞行器上加装了触须传感器，并在其尾部设置了塑料翼片，以帮助飞行器进行持续逆风飞行。

研究人员为Smellicopter创建了“Cast Surge”协议，使其得以模仿飞蛾寻找气味的方式：Smellicopter向左飞行一段特定距离，开启搜索任务，如果没有达到气味阈值，它就会向右飞行相等距离，继续展开搜索。一旦探测到了气味信息，Smellicpter就会改变飞行模式，冲向气味源。

此外，无人机装备的4个红外传感器，能以每秒10次的速度检测周围环境，帮助飞行器避开障碍物。

研究人员表示，Smellicopter的另一优势在于不需要GPS协助。与昆虫使用目视观察类似，Smellicopter可用摄像机来观察周围环境。因此，它非常适合用于搜索矿山及管道等室内、地下空间。