Podłączyli czułki ćmy do drona i stworzyli Smellicopter – drona wyczuwającego zapachy

Naukowcy z University of Washington stworzyli Smellicopter, autonomicznego drona, który wykorzystuje czułki ćmy do nawigowania w stronę źródła zapachu. Takie drony mogłyby dostać się w miejsca niedostępne lub niebezpieczne, lokalizując wyciek gazu, ofiary katastrof, materiały wybuchowe itp.

Stworzone przez człowieka czujniki zapachu nie mają najmniejszych szans z naturą, mówi główna autorka badań, doktorantka Melanie Anderson. Dzięki wykorzystaniu w Smellicopterze prawdziwych czułków ćmy mogliśmy skorzystać zarówno z olbrzymiej czułości organizmów naturalnych, jak i z robotycznej platformy, której pracę możemy kontrolować.

Komórki w czułkach ćmy wzmacniają sygnały zapachowe. Ćma ma bardzo wydajny mechanizm, pojedyncza molekuła może wywołać reakcję licznych komórek. To niezwykle wydajny, precyzyjny i szybki proces, dodaje profesor Thomas Daniel, promotor Anderson.

Naukowcy wykorzystali czułki zawisaka tytoniowego (Manduca sexta). Zwierzęta były usypiane w zamrażarce przed odcięciem czułków. Po usunięciu czułki działały przez cztery godziny, a czas ten można wydłużyć utrzymując je w niskiej temperaturze. Do czułków dołączono okablowanie podłączone do obwodu elektrycznego. W ten sposób można było mierzyć uśredniony sygnał przekazywany przez wszystkie komórki czułków. Takie urządzenie porównano z wydajnością całkowicie sztucznego czujnika zapachów. Okazało się, że ten przygotowany na potrzeby Smellicoptera działa znacznie szybciej.

Podstawą do zbudowania Smellicopetera był niewielki opensource'owy dron z czterema wirnikami, do którego użytkownik może dodawać nowe elementy. Uczeni wyposażyli go w dwa dodatkowe stateczniki, dzięki którym był ciągle skierowany pod wiatr.

Z robotycznego punktu widzenia, to genialne rozwiązanie. Klasyczne podejście do robotyki zakłada dodawanie kolejnych czujników i ewentualnie stworzenie wymyślnego algorytmu lub maszynowego uczenia się do wyczuwania kierunku wiatru. A tu okazuje się, że wystarczy dodać stateczniki, stwierdza współautor badań profesor Sawyer Fuller.

Również sposób pracy Smellicoptera jest bardzo prosty. Naukowcy określają tylko pewien zakres sygnałów, których ma poszukiwać. Wypuszczony z ręki dron najpierw leci w lewo na określoną odległość. Jeśli jego drogi nie przetnie żaden zapach mieszczący się w zakresie, zawraca i leci w prawo. Gdy zaś trafi na zapach, leci w jego kierunku.

Dzięki czterem czujnikom na podczerwień, z których każdy próbkuje otoczenie 10 razy na sekundę, dron potrafi omijać przeszkody. Ponadto Smellicopter nie korzysta z GPS-a a z niewielkiej kamery. Widzi więc otoczenie, dzięki czemu może pracować w pomieszczeniach, pod ziemią czy w rurociągach.

W czasie testów naukowcy wykorzystali fakt, że czułki ćmy w sposób naturalny są wrażliwe na zapachy kwiatów. Jednak naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości uda się całość dostroić do innych zapachów, jak np. dwutlenek węgla wydychany przez osobę uwięzioną pod gruzami czy sygnatury chemiczne środków wybuchowych.

Odnajdowanie źródła zapachu to idealne zadanie dla niewielkich dronów. Duże urządzenia są w stanie zabrać na pokład całą masę czujników i za ich pomocą budować mapę otoczenia. W małej skali tego nie robimy. Jedyne, czego potrzebujemy, by odnaleźć źródło zapachu to możliwość ustawienia się w jego kierunku i omijania przeszkód. Nie musimy mieć do tego zaawansowanych czujników. Wystarczy czujnik zapachu. A Smellicopter jest w tym naprawdę dobry, mówi Fuller.

Smellicopter dron zapach ćma czułki