Perguntas e respostas:Smellicopter usa antena de mariposa ao vivo para procurar cheiros

Quem precisa de um sensor do fabricante? Pesquisadores da Universidade de Washington equiparam seu drone com um dos melhores detectores da natureza:uma antena de mariposa.

“A natureza realmente explode nossos sensores de odor feitos pelo homem para fora da água”, disse a estudante de doutorado da UW Melanie Anderson , pesquisador principal do veículo aéreo conhecido como "Smellicopter".

“Ao usar uma antena de mariposa real com o Smellicopter, podemos obter o melhor dos dois mundos:a sensibilidade de um organismo biológico em uma plataforma robótica onde podemos controlar seu movimento”.

A antena ativa responde a sinais químicos, permitindo que o veículo voador navegue em direção a odores específicos. A equipe adicionou o sensor de antena a um quadricóptero portátil de código aberto disponível comercialmente plataforma, juntamente com duas aletas de plástico traseiras para criar arrasto e manter o drone orientado contra o vento.



Anderson e colegas pesquisadores se voltaram para Manduca sexta hawkmoths para sua plataforma robótica voadora, colocando as mariposas em uma geladeira para anestesiá-las antes de remover uma antena. A antena, uma vez tomada, ainda permanece ativa por até quatro horas, e esse intervalo de tempo pode ser estendido se armazenado por mais tempo na geladeira, de acordo com os inventores da UW.

Depois de adicionar pequenos fios em cada extremidade da antena, os pesquisadores conectaram o apêndice a um circuito elétrico e mediram o sinal médio de todas as células da antena. A antena Smellicopter captou aromas florais e etanol mais rapidamente – e levou menos tempo para se recuperar – do que um sensor feito pelo homem testado pelos engenheiros da Smellicopter.

A equipe publicou seus resultados em 1º de outubro na revista IOP Bioinspiration &Biomimetics .

O Smellicopter usa um protocolo conhecido como "cast and surge" para imitar como as mariposas encontram odores específicos. O drone UW começa à esquerda para uma distância específica. Se um cheiro não for detectado, o helicóptero se move para a direita na mesma distância. Uma vez que o Smellicopter detecta um odor, ele muda seu padrão de vôo e se move em direção ao objeto de interesse.

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Uma câmera e quatro sensores infravermelhos guiam o UAV, medindo obstáculos próximos a uma taxa de dez vezes por segundo. Quando um objeto é detectado dentro de 8 polegadas do dispositivo, o drone muda de direção indo para o próximo estágio de "cast-and-surge".

“Então, se Smellicopter estava lançando para a esquerda e agora há um obstáculo à esquerda, ele mudará para a direita”, disse Anderson. “E se o Smellicopter sentir um odor, mas houver um obstáculo na frente dele, ele continuará lançando para a esquerda ou para a direita até que seja capaz de avançar quando não houver um obstáculo em seu caminho.”

Durante os testes no laboratório de pesquisa da UW, o Smellicopter foi naturalmente ajustado para voar em direção a cheiros que as mariposas acham interessantes, como aromas florais. Mas os pesquisadores esperam que trabalhos futuros possam fazer com que a antena da mariposa sinta outros cheiros, como a exalação de dióxido de carbono de alguém preso sob os escombros ou a assinatura química de um dispositivo não detonado.

Em uma breve sessão de perguntas e respostas abaixo, Anderson explica mais sobre como o Smellicopter funciona e onde ele funciona melhor.

Resumos técnicos :O que inspirou a escolha de usar uma antena ao vivo? Imagino que isso tenha sido uma ideia “fora da caixa” em comparação com a adição usual de um sensor.

Melanie Anderson: Medir o sinal elétrico de uma antena de mariposa (um eletroantenograma) já foi feito em pesquisas anteriores. Somos apenas os primeiros a combinar isso com uma pequena plataforma robótica voadora! A antena da mariposa é muitas vezes mais sensível do que qualquer sensor químico comercial portátil. Além disso, é leve e de baixa potência - perfeito para uma pequena plataforma de drone.

Resumos técnicos :Você pode nos mostrar o dia em que testou pela primeira vez? Você mencionou no vídeo UW [mostrado acima neste artigo] que era muito emocionante e que você não tinha certeza de que ia funcionar. Com o que você estava mais preocupado e como você sentiu o desempenho naquele dia?

Melanie Anderson: A antena também produz sinais em resposta ao movimento e ao toque (estímulo mecânico), bem como ao odor. Havia preocupações de que as vibrações dos rotores e o fluxo extra de ar que os rotores fornecem sobre a antena dificultariam a separação das detecções de odor. Mas a resposta ao odor é muito mais forte do que os outros sinais, e a antena funciona extremamente bem em nossa configuração no drone.

Estávamos todos muito animados que funcionou naquele dia! Pareceu muito válido que nossos esforços para criar o circuito que lê os sinais da antena e combiná-lo com a plataforma do drone resultaram em um resultado tão empolgante!

Resumos técnicos :A antena detecta um sinal químico – como isso informa para onde o drone vai? Só segue um cheiro forte? Pode de alguma forma diferenciar os cheiros?

Melanie Anderson: Assim como um monitor cardíaco mostra o sinal elétrico do coração enquanto ele bate, a antena também produz esses sinais elétricos semelhantes a pulsos quando cheira a odor. Podemos inserir pequenos fios na antena para medir este sinal e ver os pulsos em resposta ao odor. Esses pulsos informam ao drone quando a antena cheira alguma coisa. Por enquanto, a antena responde mais fortemente ao aroma floral e ao feromônio da mariposa, mas estamos trabalhando na engenharia genética da mariposa para que ela seja sensível a outros aromas e possa ser usada em cenários como localizar bombas ou encontrar sobreviventes presos em um desastre .

Muitos animais diferentes que procuram odores o fazem confiando na direção do vento. Você pode presumir com segurança que, se estiver cheirando um odor, a fonte desse odor estará a favor do vento, já que o odor é carregado pelo vento. Desta forma, quando você sente o odor, então você viaja contra o vento, e quando você perde esse odor, então você viaja no vento cruzado até pegar a trilha novamente. O drone faz uma versão simplificada disso, onde se orienta passivamente contra o vento usando as barbatanas na parte de trás do drone como cata-ventos e, em seguida, avança quando encontra odor. Quando não sentir mais aquele odor, então ele lança para a esquerda e para a direita até sentir o cheiro novamente.

Resumos técnicos :Qual é o próximo passo para você e sua equipe em relação a esta pesquisa?

Melanie Anderson: Estamos muito animados para trabalhar na engenharia genética das antenas das mariposas para tornar o Smellicopter útil em uma variedade de cenários. Para minha pesquisa de doutorado, também explorarei métodos de busca baseados em simulação para que o Smellicopter possa voar com eficiência em diferentes espaços, como aqueles com obstáculos.

Resumos técnicos :Qual aplicativo é mais interessante para você?

Melanie Anderson: Busca-e-resgate é muito emocionante. É uma aplicação onde atualmente usamos a natureza na forma de cães farejadores em vez de sensores de odor feitos pelo homem para encontrar pessoas presas. Se pudéssemos usar um minúsculo drone, ou um enxame de minúsculos drones, para encontrar essas pessoas presas, poderíamos localizá-las mais rapidamente e manter os cães de busca e os trabalhadores de resgate fora de perigo.

Leia a pesquisa da equipe da UW na revista IOP Bioinspiration &Biomimetics .

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