Ученые вживили в беспилотник орган обоняния насекомого. Дрон теперь как насекомое — стал первой в мире биогибридной системой распознавания запахов. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале IOP Bioinspiration & Biomimetics.
Зачем роботу обоняние? Например, чтобы находить утечки газа, взрывчатые вещества, очаги зарождающихся пожаров или людей, выживших под завалами.
Однако химические датчики, созданные людьми, пока не могут соперничать с органами обоняния животных, способности которых пестовались в ходе миллионов лет эволюции. Исследователи из США решили пойти экстраординарным путём: внедрить в дрон орган обоняния насекомого.
Новая система получила название Smellicopter (от английского smell – «запах» и copter – «вертолёт»). Её основа – коммерчески доступный миниатюрный беспилотник. Эта машина с четырьмя винтами умещается на ладони взрослого человека.
Учёные снабдили её «носом» из живого усика (антенны, сяжки) табачного бражника (Manduca sexta). Этот усик – орган обоняния, и после отделения от тела он продолжает функционировать в течение четырёх часов. Реагируя на присутствие в воздухе определённых веществ, сяжка вырабатывает электрический сигнал. Только на сей раз он поступает не в нервную систему бабочки, а в бортовой компьютер дрона.
Миниатюрный дрон-следопыт может стать верным помощником спасателей.
Фото Mark Stone/University of Washington.
«Используя в Smellicopter настоящую антенну бабочки, мы можем взять лучшее из обоих миров: чувствительность биологического организма на роботизированной платформе, движение которой мы можем контролировать», – объясняет первый автор статьи Мелани Андерсон (Melanie Anderson) из Вашингтонского университета.
Испытания в аэродинамической трубе подтвердили, что биогибридная система лучше различает запахи, чем искусственный датчик.
Чтобы сделать из дрона летающего следопыта, инженеры внесли в его конструкцию ещё несколько изменений. Они снабдили беспилотник четырьмя инфракрасными датчиками. Сканируя окружающее пространство десять раз в секунду, эти сенсоры позволяют дрону не сталкиваться с препятствиями. Кроме того, разработчики установили на Smellicopter пластиковый хвост. Он помогает беспилотнику всё время отслеживать направление ветра и двигаться против него. Дело в том, что поток воздуха оказывает давление на хвост и сам разворачивает дрон в нужную сторону. Поясним, что шлейфы запахов летят по ветру, и, чтобы добраться до их источника, нужно лететь навстречу ему.
Также инженеры разработали специальный алгоритм, управляющий движением устройства. Двигаясь против ветра, Smellicopter перемещается влево и вправо в поисках шлейфа запаха. Обнаружив аромат, он устремляется к его источнику. Если же на его пути есть препятствие в пределах 20 сантиметров от него, он уходит в сторону и вновь начинает искать запах.
Пластиковый хвост помогает дрону всё время лететь против ветра.
Фото Mark Stone/University of Washington.
Испытания подтвердили, что система успешно «выслеживает» источник цветочного аромата и запаха этанола. Эти запахи привлекательны для бражников, так что их усики реагируют на них естественным образом. Исследователи надеются, что с помощью генной инженерии можно настроить органы обоняния бабочек на самые разные вещества, от взрывчатки до углекислого газа, выдыхаемого людьми (к слову, в природе на последний запах ориентируются комары).
Исследователи называют Smellicopter первой в мире биогибридной системой распознавания запахов, способной летать. Также они отмечают, что устройство локализует в пространстве источник запаха быстрее, чем любой другой летающий робот.
У маленького дрона-следопыта, способного проникнуть в любую щель, может быть большое будущее на ниве спасательных работ. Так что, возможно, скоро спасатели будут выезжать на место происшествия с дронами и запасами усиков бабочек в холодильнике.
Источник
Источник: Журнал «Наука и Техника» https://naukatehnika.com/
