Hommel die obstakels ontwijkt gebruikt een live mottenantenne

Een voordeel van drones is dat ze naar plaatsen kunnen gaan waar mensen niet kunnen komen in gebieden die mogelijk te gevaarlijk zijn, zoals onstabiele constructies na een natuurramp of een gebied met niet-ontplofte apparaten.

Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het ontwikkelen van apparaten die door deze situaties kunnen navigeren door chemicaliën in de lucht op te snuiven om overlevenden van rampen, gaslekken, explosieven en meer te lokaliseren. Maar de meeste sensoren zijn niet gevoelig of snel genoeg om specifieke geuren te vinden en te verwerken terwijl ze door de fragmentarische geurpluimen vliegen die deze bronnen creëren.

Een team heeft Smellicopter ontwikkeld, een autonome drone die een levende antenne van een mot gebruikt om naar geuren te navigeren. Het kan ook obstakels detecteren en vermijden terwijl het door de lucht reist. Door een echte motantenne te gebruiken, konden onderzoekers het beste van twee werelden krijgen:de gevoeligheid van een biologisch organisme op een robotplatform waarop beweging kan worden gecontroleerd.

Lees een vraag en antwoord met de uitvinder

"De natuur blaast onze door mensen gemaakte geursensoren echt uit het water", zegt UW-promovendus Melanie Anderson.

De mot gebruikt zijn antennes om chemicaliën in zijn omgeving te detecteren en naar voedselbronnen of potentiële partners te navigeren. Het team gebruikte antennes van de Manduca sexta hawkmoth voor Smellicopter. Onderzoekers plaatsten motten in de koelkast om ze te verdoven voordat ze een antenne verwijderden. Eenmaal gescheiden van de levende mot, blijft de antenne tot vier uur biologisch en chemisch actief. Die tijdspanne kan worden verlengd door antennes in de koelkast te bewaren.

Door aan beide uiteinden van de antenne kleine draden toe te voegen, konden de onderzoekers deze aansluiten op een elektrisch circuit en het gemiddelde signaal van alle cellen in de antenne meten. Het team vergeleek het vervolgens met een typische door mensen gemaakte sensor door beide aan het ene uiteinde van een windtunnel te plaatsen en geuren op te wekken waarop beide sensoren zouden reageren:een bloemengeur en ethanol, een soort alcohol. De antenne reageerde sneller en had minder tijd nodig om te herstellen tussen de trekjes.

Om Smellicopter te maken, heeft het team de antennesensor toegevoegd aan een open-source, handheld, in de handel verkrijgbaar quad-copter drone-platform waarmee gebruikers speciale functies kunnen toevoegen. De onderzoekers hebben ook twee plastic vinnen aan de achterkant van de drone toegevoegd om weerstand te creëren, zodat deze constant tegen de wind in kan worden georiënteerd.

Smellicopter heeft geen hulp van de onderzoekers nodig om naar geuren te zoeken. Het team creëerde een "cast and surge" -protocol voor de drone dat nabootst hoe motten naar geuren zoeken. Smellicopter begint zijn zoektocht door over een bepaalde afstand naar links te bewegen. Als niets een bepaalde geurdrempel overschrijdt, beweegt Smellicopter dan dezelfde afstand naar rechts. Zodra het een geur detecteert, verandert het zijn vliegpatroon om ernaartoe te vliegen.

Een ander voordeel van Smellicopter is dat het geen GPS nodig heeft. In plaats daarvan gebruikt het een camera om zijn omgeving te onderzoeken, vergelijkbaar met hoe insecten hun ogen gebruiken. Dit maakt Smellicopter zeer geschikt voor het verkennen van binnen- of ondergrondse ruimtes zoals mijnen of pijpen.

Tijdens tests in het laboratorium werd Smellicopter van nature afgesteld om te vliegen naar geuren die motten interessant vinden, zoals bloemengeuren. Maar onderzoekers hopen dat toekomstig werk de motantenne andere geuren kan laten voelen, zoals het uitademen van koolstofdioxide van iemand die vastzit onder puin of de chemische handtekening van een niet-ontploft apparaat.