Drone Smellicopter utilise antenne de mite pour détecter les odeurs, surpasse capteurs artificiels

Qui a besoin d'un capteur du fabricant ? Des chercheurs de l'Université de Washington ont équipé leur drone de l'un des meilleurs détecteurs de la nature : une antenne de mite.

« La nature souffle vraiment nos capteurs d'odeurs fabriqués par l'homme hors de l'eau », a déclaré la doctorante de l'UW Melanie Anderson , chercheuse principale du véhicule aérien connu sous le nom de « Smellicopter ».

« En utilisant une vraie antenne de mite avec Smellicopter, nous obtenons le meilleur des deux mondes : la sensibilité d'un organisme biologique sur une plateforme robotique où nous pouvons contrôler son mouvement. »

L'antenne vivante répond aux signaux chimiques, permettant au véhicule volant de naviguer vers des odeurs spécifiques. L'équipe a ajouté le capteur d'antenne à une plateforme quadricoptère portable open-source disponible dans le commerce , avec deux ailerons plastiques arrière pour créer de la traînée et garder le drone orienté face au vent.

Anderson et ses collègues chercheurs se sont tournés vers les sphinx Manduca sexta pour leur plateforme robotique volante, plaçant les mites dans un réfrigérateur pour les anesthésier avant de retirer une antenne. L'antenne, une fois prise, reste active jusqu'à quatre heures, et cette durée peut être prolongée si stockée plus longtemps au réfrigérateur, selon les inventeurs de l'UW.

Après avoir ajouté de minuscules fils aux deux extrémités de l'antenne, les chercheurs ont connecté l'appendice à un circuit électrique et mesuré le signal moyen de toutes les cellules de l'antenne. L'antenne du Smellicopter a capté les parfums floraux et l'éthanol plus rapidement — et a mis moins de temps à récupérer — qu'un capteur artificiel testé par les ingénieurs du Smellicopter.

L'équipe a publié ses résultats le 1er octobre dans le journal IOP Bioinspiration & Biomimetics .

Le Smellicopter utilise un protocole connu sous le nom de « cast and surge » (lancer et surgir) pour imiter la façon dont les mites trouvent des odeurs spécifiques. Le drone UW commence à gauche sur une distance spécifique. Si une odeur n'est pas détectée, le copter se déplace à droite sur la même distance. Une fois que le Smellicopter détecte une odeur, il change son motif de vol et se déplace vers l'objet d'intérêt.

Plus de Technologie Autonome sur Tech Briefs

Un robot sous-marin UCSD ressemble à la seiche.

Voyez comment l'Armée teste des drones en essaim.

Regardez comment des chercheurs du MIT contrôlent des drones par gestes.

Une caméra et quatre capteurs infrarouges guident l'UAV, mesurant les obstacles proches à un taux de dix fois par seconde. Lorsqu'un objet est détecté à moins de 20 cm du dispositif, le drone change de direction en passant à l'étape suivante de « cast-and-surge ».

« Donc si Smellicopter lançait à gauche et qu'il y a maintenant un obstacle à gauche, il passera à lancer à droite », a dit Anderson. « Et si Smellicopter sent une odeur mais qu'il y a un obstacle devant, il continuera à lancer à gauche ou à droite jusqu'à ce qu'il puisse surgir en avant quand il n'y a pas d'obstacle sur son chemin. »

Pendant les tests dans le laboratoire de recherche de l'UW, Smellicopter était naturellement réglé pour voler vers les odeurs que les mites trouvent intéressantes, comme les parfums floraux. Mais les chercheurs espèrent que le travail futur pourrait avoir l'antenne de mite détecter d'autres odeurs, comme l'exhalation de dioxyde de carbone de quelqu'un piégé sous des décombres ou la signature chimique d'un engin non explosé.

Dans une courte Q&A ci-dessous, Anderson explique plus sur comment le Smellicopter fonctionne, et où il fonctionne le mieux.

Tech Briefs : Qu'est-ce qui a inspiré le choix d'utiliser une antenne vivante ? J'imagine que c'était une idée un peu « hors des sentiers battus » par rapport à l'ajout habituel d'un capteur.

Melanie Anderson : Mesurer le signal électrique d'une antenne de mite (un électroantennogramme) a en fait été fait en recherche auparavant. Nous sommes juste les premiers à combiner cela avec une petite plateforme robotique volante ! L'antenne de mite est plusieurs fois plus sensible que n'importe quel capteur chimique portable commercial. De plus, elle est légère et peu consommatrice d'énergie — parfaite pour une petite plateforme drone.

Tech Briefs : Pouvez-vous nous emmener à travers le jour où vous l'avez testé pour la première fois ? Vous avez mentionné dans la vidéo UW [montrée ci-dessus dans cet article] que c'était très excitant et que vous n'étiez pas sûr que cela allait marcher. Qu'est-ce qui vous inquiétait le plus, et comment avez-vous senti qu'il a performé ce jour-là ?

Melanie Anderson : L'antenne produit aussi des signaux en réponse au mouvement et au toucher (stimulus mécanique) ainsi qu'à l'odeur. Il y avait des inquiétudes que les vibrations des rotors et le flux d'air supplémentaire que les rotors fournissent sur l'antenne rendraient difficile de séparer les détections d'odeurs. Mais la réponse à l'odeur est beaucoup plus forte que les autres signaux, et l'antenne fonctionne extrêmement bien dans notre configuration sur le drone.

Nous étions tous très excités que ça marche ce jour-là ! Cela a été très validant que nos efforts pour créer le circuit qui lit les signaux de l'antenne et combiner cela avec la plateforme drone a abouti à produire un tel résultat excitant !

Tech Briefs : L'antenne sent un signal chimique – comment cela informe-t-il où le drone va ? Est-ce qu'il suit juste une forte odeur ? Peut-il différencier entre les odeurs ?

Melanie Anderson : Comme un moniteur cardiaque montre le signal électrique du cœur quand il bat, l'antenne produit aussi ces signaux électriques en pulsations quand elle sent une odeur. Nous pouvons insérer de petits fils dans l'antenne pour mesurer ce signal et voir les pulsations en réponse à l'odeur. Ces pulsations informent le drone de quand l'antenne sent quelque chose. Pour l'instant, l'antenne répond le plus fortement aux parfums floraux et aux phéromones de mite, mais nous travaillons sur l'ingénierie génétique de la mite pour qu'elle soit sensible à d'autres odeurs et puisse être utilisée dans des scénarios tels que localiser des bombes ou trouver des survivants piégés dans une catastrophe.

De nombreux animaux différents qui recherchent des odeurs le font en s'appuyant sur la direction du vent. Vous pouvez supposer en toute sécurité que si vous sentez une odeur, alors la source de cette odeur sera face au vent depuis vous, puisque l'odeur est portée par le vent. De cette façon, quand vous sentez une odeur, vous voyagez face au vent, et quand vous perdez cette odeur, vous voyagez travers au vent jusqu'à ce que vous repreniez la piste. Le drone fait une version simplifiée de cela où il s'oriente passivement face au vent en utilisant les ailerons à l'arrière du drone comme des girouettes, et puis surgit en avant quand il rencontre une odeur. Quand il ne sent plus cette odeur, il lance à gauche et à droite jusqu'à ce qu'il sente l'odeur à nouveau.

Tech Briefs : Qu'est-ce qui suit pour vous et votre équipe concernant cette recherche ?

Melanie Anderson : Nous sommes très excités de travailler sur l'ingénierie génétique des antennes de mite pour rendre le Smellicopter utile dans une variété de scénarios. Pour ma recherche doctorale, j'explorerai également des méthodes de recherche basées sur la simulation pour que le Smellicopter puisse voler efficacement dans différents espaces tels que ceux avec des obstacles.

Tech Briefs : Quelle application est la plus excitante pour vous ?

Melanie Anderson : La recherche et sauvetage est très excitante. C'est une application où nous utilisons actuellement la nature sous la forme de chiens renifleurs plutôt que des capteurs d'odeurs artificiels pour trouver des personnes piégées. Si nous étions capables d'utiliser un minuscule drone, ou un essaim de minuscules drones, pour trouver ces personnes piégées à la place, nous serions capables de les localiser plus vite et de garder les chiens de recherche et les travailleurs de sauvetage hors de danger.

Lisez la recherche de l'équipe UW dans le journal IOP Bioinspiration & Biomimetics .

Qu'en pensez-vous du Smellicopter ? Partagez vos questions et commentaires ci-dessous.