每造两台无人机,就有一只飞蛾失去触角:科学家用真蛾触角做传感器检测气味

简介: 每造两台无人机,就有一只飞蛾失去触角:科学家用真蛾触角做传感器检测气味

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。

相关报道:
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/smellicopter-drone-live-moth-antenna
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-3190/abbd81/meta

相关文章
|
关系型数据库 MySQL Linux
MySQL数据库----------安装anaconda---------python与数据库的链接
MySQL数据库----------安装anaconda---------python与数据库的链接
494 0
|
11月前
|
SQL 监控 安全
浅析Waf优缺点:硬件Waf、软件Waf、云Waf之总结
Web应用防火墙(WAF)是一种专门针对Web应用攻击的防护产品,主要分为硬件WAF、软件WAF和云WAF三种形态。硬件WAF部署简便、防护范围广,但价格昂贵且存在误杀风险;软件WAF开箱即用、功能丰富,但可能占用较多内存,适合中小型网站;云WAF部署简单、维护成本低,但存在被绕过和数据泄露的风险。RASP(运行时应用自保护)是一种新兴的安全技术,通过将保护程序注入应用程序,实现实时检测和阻断攻击,具有低误报率、维护成本低等优势,但也面临部署困难和可能影响性能的问题。未来,WAF防护技术将朝着机器学习、词法分析、行为识别和大数据关联分析等方向发展。
1243 6
|
10月前
|
域名解析 弹性计算 安全
阿里云服务器租用、注册域名、备案及域名解析完整流程参考(图文教程)
对于很多初次建站的用户来说,选购云服务器和注册应及备案和域名解析步骤必须了解的,目前轻量云服务器2核2G68元一年,2核4G4M服务器298元一年,域名注册方面,阿里云推出域名1元购买活动,新用户注册com和cn域名2年首年仅需0元,xyz和top等域名首年仅需1元。对于建站的用户来说,购买完云服务器并注册好域名之后,下一步还需要操作备案和域名绑定。本文为大家展示阿里云服务器的购买流程,域名注册、绑定以及备案的完整流程,全文以图文教程形式为大家展示具体细节及注意事项,以供新手用户参考。
|
SQL 存储 关系型数据库
【MySQL核心】MySQL 数据恢复-ibd2sql
【MySQL核心】MySQL 数据恢复-ibd2sql
|
弹性计算 关系型数据库 MySQL
centos7 mysql安装及配置
本文详细介绍了在阿里云服务器ECS上通过yum源安装MySQL 8.0.12的过程,包括更新yum源、下载并安装MySQL源、解决安装过程中可能遇到的问题等步骤。此外,还介绍了如何启动MySQL服务、设置开机自启、配置登录密码、添加远程登录用户以及处理远程连接异常等问题。适合初学者参考,帮助快速搭建MySQL环境。
1206 8
centos7 mysql安装及配置
|
机器学习/深度学习 缓存 PyTorch
异步数据加载技巧:实现 DataLoader 的最佳实践
【8月更文第29天】在深度学习中,数据加载是整个训练流程中的一个关键步骤。为了最大化硬件资源的利用率并提高训练效率,使用高效的数据加载策略变得尤为重要。本文将探讨如何通过异步加载和多线程/多进程技术来优化 DataLoader 的性能。
2007 1
|
Prometheus Kubernetes 监控
Prometheus + Grafana on k8s部署
Prometheus + Grafana on k8s部署
1526 0
Prometheus + Grafana on k8s部署
|
SQL 监控 API
Flink SQL支持写判断语句
【2月更文挑战第8天】Flink SQL支持写判断语句
674 12
|
供应链 安全 物联网
未来交织:新兴技术趋势与跨领域应用探索
【4月更文挑战第24天】 随着科技的不断进步,新兴技术如区块链、物联网(IoT)、虚拟现实(VR)等正在重塑我们的世界。本文将深入探讨这些技术的发展趋势和在不同领域的应用潜力。区块链技术以其不可篡改和去中心化的特性,为金融交易、供应链管理以及身份验证提供了新的解决方案。物联网通过智能设备的互联互通,推动了智能家居、智慧城市和工业自动化的发展。而虚拟现实技术则在娱乐、教育和医疗等领域展现出其沉浸式体验的独特价值。这些技术的融合与发展预示着一个更加智能、互联和虚拟的未来。
idea svn 文件夹颜色级联改变
idea svn 文件夹颜色级联改变
250 0