很明顯的可以看出，對(duì)機(jī)器人傳感的研究一直是以人為中心的。我們中的大多數(shù)人在視覺(jué)上和3D中導(dǎo)航和體驗(yàn)世界，所以機(jī)器人往往被相機(jī)和激光雷達(dá)之類的東西所覆蓋。觸覺(jué)對(duì)我們來(lái)說(shuō)很重要，就像聲音一樣，所以機(jī)器人在理解觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信息方面也越來(lái)越好。

不過(guò)，對(duì)于味道呢？

在大多數(shù)情況下，嗅覺(jué)并不能為我們傳遞那么多的信息，因此，雖然它在機(jī)器人技術(shù)中并沒(méi)有被完全忽略，但在大多數(shù)情況下，它肯定不是我們主要選擇的感知方式。

嗅覺(jué)的部分問(wèn)題在于，從技術(shù)的角度來(lái)看，我們沒(méi)有一個(gè)好的方法來(lái)理解分析。這是一個(gè)長(zhǎng)期的挑戰(zhàn)，這就是為什么我們要么利用動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)，如狗，老鼠，禿鷲，和其他動(dòng)物，作為我們的空氣中化學(xué)物質(zhì)的傳感系統(tǒng)。但就長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于動(dòng)物的研究還不足以完全解決問(wèn)題。然而，在更好地制造化學(xué)傳感器之前，利用生物學(xué)來(lái)研究是所能做的最好的方向之一。

老實(shí)說(shuō)，關(guān)于無(wú)人機(jī)本身沒(méi)什么好說(shuō)的。這是一個(gè)名為CrazyFlie2.0的開(kāi)源無(wú)人機(jī)項(xiàng)目，帶有一些額外的現(xiàn)成傳感器，用于避障和穩(wěn)定。有趣的是一對(duì)被動(dòng)鰭，使無(wú)人機(jī)一直指向風(fēng)中，然后是被稱為電子天線圖的傳感器。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了Smellicopter：一種自主無(wú)人機(jī)，利用飛蛾的活體天線向氣味導(dǎo)航。Smellicopter在空中飛行時(shí)還能感知并避開(kāi)障礙物。"

飛蛾使用其天線來(lái)感知環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)，并向食物來(lái)源或潛在的伴侶導(dǎo)航。飛蛾天線中的細(xì)胞放大了化學(xué)信號(hào)，一個(gè)氣味分子可以觸發(fā)很多細(xì)胞反應(yīng)，這是一個(gè)超級(jí)高效和快速的過(guò)程。

研究團(tuán)隊(duì)使用Manduca sexta hawkmoth的天線制作Smellicopter。研究人員將蛾子放在冰箱里，在取出天線之前對(duì)它們進(jìn)行麻醉。一旦與活蛾分離，天線就會(huì)在生物和化學(xué)上保持長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)的活性。研究人員表示，通過(guò)將天線存放在冰箱中，可以延長(zhǎng)這個(gè)時(shí)間。

通過(guò)在天線的兩端添加微小的電線，研究人員能夠?qū)⑵溥B接到電路上，并測(cè)量天線中所有細(xì)胞的平均信號(hào)。然后，該團(tuán)隊(duì)將其與普通的人類制造的傳感器進(jìn)行了比較，將兩者放在風(fēng)洞的一端，并飄出兩種傳感器都會(huì)反應(yīng)的氣味：花香和乙醇。天線的反應(yīng)速度更快，在吸氣之間恢復(fù)的時(shí)間更短。

為了創(chuàng)建Smellicopter，該團(tuán)隊(duì)將天線傳感器添加到一個(gè)開(kāi)源的手持式市售四翼無(wú)人機(jī)上，研究人員還在無(wú)人機(jī)的背面添加了兩個(gè)塑料翅片，以產(chǎn)生阻力，幫助它不斷朝向上風(fēng)向。

Smellicopter不需要研究人員的任何幫助就能搜索氣味。團(tuán)隊(duì)為無(wú)人機(jī)創(chuàng)建了一個(gè) "投擲和激增 "協(xié)議，模仿飛蛾搜索氣味的方式。Smellicopter通過(guò)向左移動(dòng)特定距離開(kāi)始搜索。如果沒(méi)有任何東西通過(guò)特定的氣味閾值，Smellicopter就會(huì)向右移動(dòng)相同的距離。一旦檢測(cè)到氣味，它就會(huì)改變飛行模式，向氣味飛去。

對(duì)于該研究，我們?cè)儐?wèn)了相關(guān)研究人員 -- 西雅圖華盛頓大學(xué)機(jī)械工程博士生Melanie Anderson，華盛頓大學(xué)生物學(xué)教授Thomas Daniel，威斯康星州機(jī)械工程的助理教授Sawyer Fuller。他們通過(guò)電子郵件向我們（作者，以下簡(jiǎn)稱我）做了介紹，以及其他一些亟待解決的問(wèn)題。

Q

IEEE Spectrum：先問(wèn)一些重要的問(wèn)題：是誰(shuí)發(fā)明了“Smellicopter”？

Melanie Anderson：Tom Daniel創(chuàng)造了“Smellicopter”這個(gè)詞。Another runner up was "OdorRotor"!

Q

總的來(lái)說(shuō)，飛蛾的氣味定位能力比機(jī)器人強(qiáng)多少？

Melanie Anderson：飛蛾在氣味檢測(cè)和氣味定位方面非常出色，它們需要利用此能力來(lái)找到配偶和食物。它們的觸角比任何便攜式人造氣味傳感器都靈敏和專業(yè)。我們無(wú)法得知飛蛾到底是如何很好地尋找氣味的，但是能夠在飛行平臺(tái)上擁有飛蛾的氣味敏感性是朝著這個(gè)方向邁出的一大步。

Tom Daniel：我們的估計(jì)是，他們超過(guò)機(jī)器人傳感至少三個(gè)數(shù)量級(jí)。

Q

嗅覺(jué)器的定位行為與真蛾相比如何？

Anderson：cast-and-surge氣味搜索策略是我們認(rèn)為飛蛾（和許多其他氣味搜索動(dòng)物）正在做的事情的簡(jiǎn)化版本。這是一種反應(yīng)性策略，它依賴于這樣一種知識(shí)：如果你察覺(jué)到氣味，你可以假設(shè)氣味的源頭在你的上游某處。當(dāng)你探測(cè)到氣味時(shí)，你只需逆風(fēng)移動(dòng)，當(dāng)你失去氣味信號(hào)時(shí)，你就朝著橫風(fēng)方向投射，直到你重新獲得信號(hào)為止。

Q

你能詳細(xì)說(shuō)明一下CRISPR有沒(méi)有可能設(shè)計(jì)出飛蛾來(lái)檢測(cè)特定的化學(xué)物質(zhì)呢？

Anderson：CRISPR目前已經(jīng)被用于修改蛾類的氣味檢測(cè)途徑。這是我們未來(lái)的努力之一。

Sawyer Fuller：我們認(rèn)為，使用飛蛾觸角的優(yōu)勢(shì)之一，除了它的速度外，還在于它可以提供一條既具有高化學(xué)特異性又具有高靈敏度的途徑。通過(guò)表達(dá)只有一個(gè)或幾個(gè)化學(xué)傳感器的優(yōu)勢(shì)，我們預(yù)計(jì)蛾類天線將只對(duì)這種化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反應(yīng)。其他研究小組正在努力制造這種特殊、靈敏的化學(xué)探測(cè)器?；瘜W(xué)傳感是生物學(xué)在效率、體積小和靈敏度方面超過(guò)人造系統(tǒng)的一個(gè)領(lǐng)域。所以這就是為什么我們認(rèn)為試圖利用已經(jīng)存在的生物機(jī)制的方法有一些優(yōu)點(diǎn)。

Q

你提到用冰可以延長(zhǎng)天線壽命幾天-你認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)在研究范圍之外的可行性有多高？

Anderson：這種天線可以裝在標(biāo)準(zhǔn)冰箱里的小瓶子里，也可以放在冰袋里，這樣可以延長(zhǎng)一周的壽命。另外，將天線連接到電路的過(guò)程是可教的技能。在研究背景之外，這絕對(duì)是可行的。

Q

考慮到傳感器發(fā)展的軌跡，你認(rèn)為這種生物傳感器系統(tǒng)在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的替代品？

Anderson：很難說(shuō)未來(lái)會(huì)發(fā)生什么，但目前，飛蛾天線仍然是所有商用便攜式傳感器中的佼佼者。

Q

已經(jīng)有一些關(guān)于控制論昆蟲(chóng)的實(shí)驗(yàn)；你的方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么，相對(duì)于（比方說(shuō)）把某種跟蹤系統(tǒng)放在一只活的蛾子上？

Daniel：幾年前我是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)昆蟲(chóng)小組的成員。這類研究的挑戰(zhàn)在于，動(dòng)物對(duì)試圖操縱或控制它的行為有著自然的反應(yīng)。

Anderson：雖然目前飛蛾比機(jī)器人更擅長(zhǎng)跟蹤氣味，但無(wú)人機(jī)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)在于我們可以控制它。我們可以告訴它將搜索限制在某個(gè)區(qū)域，并在完成搜索后返回。

Q

在你的實(shí)驗(yàn)中，你能告訴我們關(guān)于飛蛾的健康、快樂(lè)和總體狀況嗎？

Anderson：在取出天線之前，蛾子是被冷麻醉的。然后將它們冷凍起來(lái)，以便用于教學(xué)或其他研究工作。

原文標(biāo)題：Smellicopter，一種利用飛蛾活體天線尋找氣味的避障無(wú)人機(jī)

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