Antenne inspirée de la mite permettant aux drones de détecter les dangers et de localiser les survivants en zones sinistrées

Un avantage des drones est qu'ils peuvent aller dans des endroits où les gens ne peuvent pas, y compris des zones qui pourraient être trop dangereuses comme des structures instables après une catastrophe naturelle ou une région avec des dispositifs non explosés.

Les chercheurs s'intéressent à développer des dispositifs qui peuvent naviguer dans ces situations en reniflant des produits chimiques dans l'air pour localiser des survivants de catastrophe, des fuites de gaz, des explosifs, et plus. Mais la plupart des capteurs ne sont pas assez sensibles ou assez rapides pour trouver et traiter des odeurs spécifiques tout en volant à travers les panaches d'odeurs irréguliers que ces sources créent.

Une équipe a développé Smellicopter, un drone autonome qui utilise une antenne vivante d'une mite pour naviguer vers les odeurs. Il peut aussi détecter et éviter les obstacles pendant qu'il voyage dans l'air. En utilisant une antenne de mite réelle, les chercheurs ont pu obtenir le meilleur des deux mondes : la sensibilité d'un organisme biologique sur une plateforme robotique sur laquelle le mouvement peut être contrôlé.

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« La nature souffle vraiment nos capteurs d'odeurs fabriqués par l'homme hors de l'eau », a dit la doctorante de l'UW Melanie Anderson.

La mite utilise ses antennes pour sentir les produits chimiques dans son environnement et naviguer vers des sources de nourriture ou des partenaires potentiels. L'équipe a utilisé des antennes de la mite sphinx Manduca sexta pour Smellicopter. Les chercheurs ont placé les mites au frigo pour les anesthésier avant de retirer une antenne. Une fois séparée de la mite vivante, l'antenne reste biologiquement et chimiquement active jusqu'à quatre heures. Cette durée pourrait être prolongée en stockant les antennes au frigo.

En ajoutant de minuscules fils aux deux extrémités de l'antenne, les chercheurs ont pu la connecter à un circuit électrique et mesurer le signal moyen de toutes les cellules dans l'antenne. L'équipe l'a ensuite comparée à un capteur fabriqué par l'homme typique en plaçant les deux à une extrémité d'une soufflerie et en faisant flotter des odeurs auxquelles les deux capteurs répondraient : un parfum floral et 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 plateforme de drone quadricoptère portable, disponible dans le commerce, open-source, qui permet aux utilisateurs d'ajouter des fonctionnalités spéciales. Les chercheurs ont aussi ajouté deux ailerons en plastique à l'arrière du drone pour créer de la traînée et l'aider à être constamment orienté face au vent.

Smellicopter n'a besoin d'aucune aide des chercheurs pour rechercher des odeurs. L'équipe a créé un protocole « cast and surge » pour le drone qui imite comment les mites recherchent des odeurs. Smellicopter commence sa recherche en se déplaçant à gauche sur une distance spécifique. Si rien ne passe un seuil d'odeur spécifique, Smellicopter se déplace alors à droite sur la même distance. Une fois qu'il détecte une odeur, il change son pattern de vol pour foncer 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 observer son environnement, similaire à la façon dont les insectes utilisent leurs yeux. Cela rend Smellicopter bien adapté pour explorer des espaces intérieurs ou souterrains comme des mines ou des tuyaux.

Pendant les tests en laboratoire, Smellicopter était naturellement réglé pour voler vers des odeurs que les mites trouvent intéressantes comme les parfums floraux. Mais les chercheurs espèrent que les travaux futurs pourraient faire en sorte que l'antenne de mite détecte d'autres odeurs comme l'exhalaison de dioxyde de carbone de quelqu'un coincé sous des décombres ou la signature chimique d'un dispositif non explosé.