每造两台无人机,就有一只飞蛾失去触角

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最新回复:2021年2月6日 10点1分 PT
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作者:王烨

如果蛾生有四季的话,我在遇到那个人之前都是春天。

我是一只 Manduca sexta,你也可以叫我的中文名烟草天蛾,虽然我的一生很短,但是过的还算开心。

为了寻找食物,我进化出了灵敏的触角,可以感知到远处鲜花的味道,但正是这唯一让我引以为豪的优势,让我碰到了那个人。

他居然把我的触角剪下来当作传感器放在了无人机上!

——选自《一只烟草天蛾的自传》

无人机可能不是什么新鲜事物了,传感器也不是。

无论是视觉传感器、声音传感器,都已经在许多自助机器上得到了运用,如今人工视觉和听觉传感器在很多方面甚至超过了包括人类在内的所有生物。

嗅觉传感器却很少会在自主机器上得以运用,其中一条很重要的原因就是其灵敏度不高。

我们到现在都无法做出媲美警犬嗅觉的机器人,所以警犬依旧在安检中承担寻找爆炸物和毒品的重任。

但是如果把生物的嗅觉器官作为传感器加到自主机器——比如无人机上呢?

西雅图华盛顿大学的研究人员就这么做了。

他们把烟草天蛾的一只触角剪下来,然后把电极插入触角的两端,就可以利用触角对气味的感知,制造一个能够追寻气味飞行的无人机!

这是怎么做到的呢?文摘菌带大家一起看看。

每做两台无人机,就要牺牲一只小飞蛾

要制作这样一个传感器,你需要从天蛾身上 " 收获 " 一个真的触角

首先,研究人员需要找到一只健康的烟草天蛾,然后在取出触角之前对它们进行麻醉。

一旦触角与活蛾分离,触角还能再生物和化学上保持长达4 小时的活性,而通过将触角存放在冰箱中,可以延长这个时间。

飞蛾的触角是中空的,接下来就可以把电极穿到触角的两端,就像这样:

电极的另一端连接着电压放大器和滤波器,通过模数转换器运行,你就得到了一个重量只有1.5 克,耗电量只有2.7mW的化学传感器。

研究人员还将其与普通的人类制造的传感器进行了比较,将两者放在风洞的一端,并释放两种传感器都会反应的气味:花香和乙醇。结果显示,飞蛾触角传感器的反应速度更快,感知气味恢复的时间更短。

飞蛾触角中的嗅觉神经元遇到熟悉的气味时,就会产生电信号,从而电极就会接收到这种气味。它比传统的金属氧化物气味传感器敏感得多,体积更小,效率更高,是无人机的理想选择。

一个传感器只需要一根这样的触角,所以每只飞蛾都可以用来制作两个这样的气味传感器。

模仿飞蛾搜索气味,自主搜寻目标

这项研究是由华盛顿大学领导的一个团队开发的,成员有西雅图华盛顿大学机械工程教授的博士生 Melanie Anderson,生物学教授 Thomas Daniel,机械工程助理教授 Sawyer。

这个嗅觉无人机项目名为Crazyflie 2.0,他们制作的这款利用飞蛾触角当传感器的无人机名为Smellicopter

研究人员首先将" 飞蛾传感器 "添加到一个普通的开源手持四翼无人机上,然后通过建立一个" 投掷和激增 "协议来模仿飞蛾搜索气味的方式,从而使得 Smellicopter 可以自主追寻气味进行导航。

具体来说,Smellicopter 会先通过向左移动特定距离开始搜索,如果没有感知到任何气味通过特定的阈值,Smellicopter 就会向右移动相同的距离。一旦检测到气味,它就会根据设定的程序改变飞行模式,自主向气味目标飞去。

由于气味是通过空气传播的,所以除非是在源头的下风处,否则嗅觉传感器就无法探测到它们,因此研究人员还在无人机的背面添加了两个塑料翅片,以对空气产生阻力,帮助传感器保持朝向上风向

未来可以应用到对爆炸物的搜索,高中生也能参加

和其他无人机类似,Smellicopter 糊了装备有嗅觉传感器,还装有四个红外传感器,用以避开障碍物。

红外传感器和嗅觉传感器并不冲突。红外传感器每秒测量 10 次周围的情况,当有东西靠近无人机约 20 厘米范围内时,它就会改变方向,嗅觉传感器则开始一个新的 " 投掷和激增 " 协议循环。

Melanie Anderson 表示,不需要 GPS 是 Smellicopter 的另一优势,使用四个红外传感器来勘察周围环境,类似于昆虫使用眼睛的方式,这使得 Smellicopter 非常适合探索矿井或管道等室内或地下空间

Melanie Anderson 还表示他们使用的飞蛾传感器的性能至少比其他人工传感器要好 3 个数量级

现在,研究人员已经开始修改蛾类的气味检测路径,使触角对其他感兴趣的化学物质敏感,如爆炸物的化学气味,这是这款无人机未来潜在的应用场景之一。

Thomas Daniel 还表示,这个项目相对简单 ,这意味着即使是高中生也有可能参与其中,可能是在地面机器人而不是无人机上。

该项目论文标题为《A bio-hybrid odor-guided autonomous palm-sized air vehicle》,发表在《IOP Bioinspiration & Biomimetics》杂志上。

大脑壳
1 楼
每吃一块烤猪肉,猪妈妈的心都在滴血,人类,太狠了。
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barryv
2 楼
触角如何保鲜呢?
i
irvinelee
3 楼
蛾子做错了什么。。。
钓鱼台观鱼
4 楼
每蒸一锅馒头或者烤一块面包,就有无数酵母菌被烫死,人类真是太狠了!
弟兄
5 楼
不大可能,这虫子的神經可能到了納米级了吧
g
gczyjmr
6 楼
太残忍了!看到一半我就已经泪流满面了!
大荣确
7 楼
无人机和蛾子的比例是多少?这种蛾子,可以数以百万计。另外这种蛾子的触角脱离身体后还能存活多长时间?文中好像说有四个小时生物活性,那么这种无人机的实用性堪忧,是不是每次升空作业之前还得现抓蛾子剪触角?标题哗众取宠。
必须要有
8 楼
每造一台汽车,就有多少动物(从人到蚂蚁)失去生命?有人统计过吗?
e
elfen2299
9 楼
刚刚炒了四个鸡蛋,罪过罪过
囫囵
10 楼
只能用4个小时么?
P
Panda-2020
11 楼
有的外星人是吃人类的 早晚人类也要被吃
新手一位
12 楼
哪飞机呢?都飞了这么多年了。是不是因为飞机是洋人的发明,洋人的产品,就对自然界特别友好,连天上的飞鸟昆虫都特别地喜欢洋人?
B
Bslrim
13 楼
每穿一双皮鞋,就有一只家畜被扒皮,每吃一个鸡蛋,就有一只小鸡失去生命,每喝一口牛奶,就有一头小牛没有奶喝,请消灭人类吧~我们要做圣母
w
wuyg719
14 楼
小编真傻:飞在天上的鸟需要好的嗅觉吗?基本不用,只有特殊的任务需要很好的嗅觉,所以百分之九十九以上的无人机都不需要嗅觉
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5840
15 楼
如果真需要这些飞蛾,可以人工饲养吧。
1
1passby
16 楼
我还以为是要从这个角度对大疆讨伐了。看到不是大疆,我就放心了。
不懂装懂
17 楼
Bslrim 发表评论于 2021-02-05 08:06:54 ...每喝一口牛奶,就有一头小牛没有奶喝... --- 人类没那么幸运-牛所产之奶原由激素-非自然之奶。这些牛也是不幸的...
D
DoctorXI
18 楼
这个不错,派它们在煤矿井下通道反复巡逻
S
Sam大树
19 楼
除去装配,调试,等候的步骤, 真正使用时间:5分钟 囫囵 发表评论于 2021-02-05 06:50:00 只能用4个小时么?
技术员
20 楼
编吧。 觉得可信的话,先考虑一下自己的学科。
z
zzbb-bzbz
21 楼
美国的动物保护协会死哪去了
懒得编笔名
22 楼
哈? 什么情况?机器用ORGANIC的parts? 我又穿越成功了?
不允许的笔名
23 楼
中国会出现这种飞蛾的养殖场,而且拔触角不打麻药,据说比打麻药的更灵敏。
不允许的笔名
24 楼
1passby 发表评论于 2021-02-05 09:21:01我还以为是要从这个角度对大疆讨伐了。看到不是大疆,我就放心了。 ----------- 如果市场有需求,大疆很快就会山寨。
e
estar
25 楼
Who cares.
相信事实
26 楼
纯粹耸人听闻。就是一个科学研究项目而已,根本用不了几只蛾子。比起用大白鼠试验药物,这算什么?
z
zhuniang
27 楼
去死吧,人类!
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layzucb
28 楼
米兔:) 1passby 发表评论于 2021-02-05 09:21:01 我还以为是要从这个角度对大疆讨伐了。看到不是大疆,我就放心了。