Drone évitant les obstacles utilisant une antenne papillon vivante

L'un des avantages des drones est qu'ils peuvent se rendre dans des endroits inaccessibles, y compris des zones qui pourraient être trop dangereuses, telles que des structures instables après une catastrophe naturelle ou une région avec des engins non explosés.

Les chercheurs souhaitent développer des dispositifs capables de naviguer dans ces situations en reniflant les produits chimiques dans l'air pour localiser les survivants de la catastrophe, les fuites de gaz, les explosifs, etc. Mais la plupart des capteurs ne sont pas assez sensibles ou rapides pour détecter et traiter des odeurs spécifiques tout en survolant les panaches d'odeurs inégaux créés par ces sources.

Une équipe a développé Smellicopter, un drone autonome qui utilise une antenne en direct d'un papillon de nuit pour naviguer vers les odeurs. Il peut également détecter et éviter les obstacles lorsqu'il se déplace dans les airs. En utilisant une véritable antenne papillon, les chercheurs ont pu obtenir le meilleur des deux mondes :la sensibilité d'un organisme biologique sur une plate-forme robotique sur laquelle le mouvement peut être contrôlé.

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"La nature fait vraiment sauter nos capteurs d'odeurs artificiels hors de l'eau", a déclaré Melanie Anderson, doctorante à l'UW.

Le papillon utilise ses antennes pour détecter les produits chimiques dans son environnement et naviguer vers des sources de nourriture ou des partenaires potentiels. L'équipe a utilisé des antennes du sphinx Manduca sexta pour Smellicopter. Les chercheurs ont placé des papillons de nuit dans le réfrigérateur pour les anesthésier avant de retirer une antenne. Une fois séparée du papillon vivant, l'antenne reste biologiquement et chimiquement active jusqu'à quatre heures. Ce laps de temps pourrait être prolongé en conservant les antennes au réfrigérateur.

En ajoutant de minuscules fils à chaque extrémité de l'antenne, les chercheurs ont pu la connecter à un circuit électrique et mesurer le signal moyen de toutes les cellules de l'antenne. L'équipe l'a ensuite comparé à un capteur typique fabriqué par l'homme en plaçant les deux à une extrémité d'une soufflerie et en dégageant des odeurs auxquelles les deux capteurs réagiraient :un parfum floral et de l'éthanol, un type d'alcool. L'antenne a réagi plus rapidement et a mis moins de temps à récupérer entre les bouffées.

Pour créer Smellicopter, l'équipe a ajouté le capteur d'antenne à une plate-forme de drone quad-copter open-source, portable et disponible dans le commerce qui permet aux utilisateurs d'ajouter des fonctionnalités spéciales. Les chercheurs ont également ajouté deux ailerons en plastique à l'arrière du drone pour créer une traînée afin de l'aider à être constamment orienté au vent.

Smellicopter n'a pas besoin de l'aide des chercheurs pour rechercher les odeurs. L'équipe a créé un protocole "cast and surge" pour le drone qui imite la façon dont les papillons de nuit recherchent les odeurs. Smellicopter commence sa recherche en se déplaçant vers la gauche sur une distance spécifique. Si rien ne dépasse un seuil d'odeur spécifique, Smellicopter se déplace alors vers la droite sur la même distance. Une fois qu'il détecte une odeur, il modifie son schéma de vol pour se précipiter vers elle.

Un autre avantage de Smellicopter est qu'il n'a pas besoin de GPS. Au lieu de cela, il utilise une caméra pour surveiller son environnement, de la même manière que les insectes utilisent leurs yeux. Cela rend Smellicopter bien adapté à l'exploration d'espaces intérieurs ou souterrains comme les mines ou les canalisations.

Lors des tests en laboratoire, Smellicopter a été naturellement réglé pour voler vers les odeurs que les papillons trouvent intéressantes, comme les senteurs florales. Mais les chercheurs espèrent que des travaux futurs pourraient permettre à l'antenne du papillon de nuit de détecter d'autres odeurs telles que l'expiration de dioxyde de carbone d'une personne piégée sous les décombres ou la signature chimique d'un engin non explosé.