Antena Inspirada em Mariposa Permite Drones Detectarem Perigos e Localizarem Sobreviventes em Zonas de Desastre

Uma vantagem de drones é que eles podem ir a lugares onde pessoas não podem incluindo áreas que podem ser muito perigosas como estruturas instáveis após um desastre natural ou uma região com dispositivos não explodidos.

Pesquisadores estão interessados em desenvolver dispositivos que podem navegar estas situações farejando produtos químicos no ar para localizar sobreviventes de desastres, vazamentos de gás, explosivos e mais. Mas a maioria dos sensores não são sensíveis ou rápidos o suficiente para encontrar e processar cheiros específicos enquanto voam através das plumas de odor irregulares que estas fontes criam.

Uma equipe desenvolveu o Smellicopter, um drone autônomo que usa uma antena viva de uma mariposa para navegar em direção a cheiros. Ele também pode detectar e evitar obstáculos enquanto viaja pelo ar. Ao usar uma antena real de mariposa, pesquisadores conseguiram o melhor dos dois mundos: a sensibilidade de um organismo biológico em uma plataforma robótica na qual o movimento pode ser controlado.

Leia um Q&A com o Inventor

"A natureza realmente supera nossos sensores de odor feitos pelo homem," disse a estudante de doutorado da UW Melanie Anderson.

A mariposa usa suas antenas para detectar produtos químicos em seu ambiente e navegar em direção a fontes de comida ou potenciais parceiros. A equipe usou antenas da mariposa-gavião Manduca sexta para o Smellicopter. Pesquisadores colocaram mariposas na geladeira para anestesiá-las antes de remover uma antena. Uma vez separada da mariposa viva, a antena permanece biologicamente e quimicamente ativa por até quatro horas. Esse período poderia ser estendido armazenando antenas na geladeira.

Ao adicionar minúsculos fios em ambas as extremidades da antena, os pesquisadores conseguiram conectá-la a um circuito elétrico e medir o sinal médio de todas as células na antena. A equipe então comparou com um sensor típico feito pelo homem colocando ambos em uma extremidade de um túnel de vento e difundindo cheiros que ambos os sensores responderiam: um cheiro floral e etanol, um tipo de álcool. A antena reagiu mais rapidamente e levou menos tempo para recuperar entre baforadas.

Para criar o Smellicopter, a equipe adicionou o sensor de antena a uma plataforma de drone quadricóptero portátil, comercialmente disponível e open-source que permite usuários adicionar recursos especiais. Os pesquisadores também adicionaram duas barbatanas plásticas na parte traseira do drone para criar arrasto para ajudar a mantê-lo constantemente orientado a favor do vento.

O Smellicopter não precisa de ajuda dos pesquisadores para buscar odores. A equipe criou um protocolo "cast and surge" para o drone que imita como mariposas buscam cheiros. O Smellicopter começa sua busca movendo-se para a esquerda por uma distância específica. Se nada passa um limite de cheiro específico, o Smellicopter então move-se para a direita pela mesma distância. Uma vez que detecta um odor, muda seu padrão de voo para avançar em direção a ele.

Outra vantagem do Smellicopter é que ele não precisa de GPS. Em vez disso, usa uma câmera para examinar seus arredores, similar a como insetos usam seus olhos. Isso torna o Smellicopter bem adequado para explorar espaços internos ou subterrâneos como minas ou tubos.

Durante testes no laboratório, o Smellicopter foi naturalmente sintonizado para voar em direção a cheiros que mariposas acham interessantes como cheiros florais. Mas pesquisadores esperam que trabalho futuro poderia ter a antena de mariposa detectar outros cheiros como a exalação de dióxido de carbono de alguém preso sob escombros ou a assinatura química de um dispositivo não explodido.