Исследователи из Университета Шиншу и Университета Чиба разрабатывают новый биогибридный беспилотник, используя антенны, чувствующие запах, от мотыльки шелкота. Включение датчика электроантенографии (EAG) для обнаружения одоранов и оптимизации электрода и структуры корпуса в роботе повышало диапазон поиска запаха, точность обнаружения и производительность системы дрона, таким образом, улучшая его применение в разнообразных средах. Кредит: Доктор Дайго Терутсуки / Университет Шиншу, Япония
Обычные беспилотники используют визуальные датчики для навигации. Тем не менее, условия окружающей среды, такие как сырость, низкий свет и пыль, могут препятствовать их эффективности, ограничивая их использование в страдах бедствий. Исследователи из Японии разработали новый биогибридный беспилотник, комбинируя роботизированные элементы с антеннами, чувствующими запаха, из мотыльки шелкота. Их инновации, которые объединяют ловкость и точность роботов с биологическими сенсорными механизмами, могут повысить применимость беспилотников при навигации, зондировании газа и реакции на стихийные бедствия.
Технологические достижения привели к разработке беспилотников с различными применениями, включая навигацию, зондирование газа, инфраструктуру и транспорт, визуализацию и реакцию на стихийные бедствия. Обычные навигационные системы в беспилотниках полагаются на визуальные датчики, такие как тепловая визуализация и обнаружение света и элинометры (LIDAR).
Тем не менее, условия окружающей среды, такие как низкий свет, пыль и влажность, могут поставить под угрозу их функцию, подчеркивая необходимость в более универсальных альтернатив.
В природе животные, птицы и насекомые имеют внутреннюю навигационную систему, основанную на их обонянии, которая помогает им найти источники пищи, уклоняться от хищников и привлекать потенциальных товарищей, тем самым способствуя их общему выживанию. Насекомые, в частности, мужские мотыльки, могут обнаружить ветровые половые феромоны на расстояниях, которые в некоторых случаях простираются до нескольких километров посредством процесса, известного как локализация источников.
Биогибридные беспилотники, которые интегрируют эти биологические сенсорные механизмы с передовым искусственным механизмом, дают значительные перспективы при преодолении проблем, связанных с существующими роботизированными технологиями.
Полная фотография передового биогибридного беспилотника, демонстрирующего антенну моли шелкота и его интегрированного датчика. Изображение включает в себя схематическую диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между датчиком электроантрографии (EAG) (т.е. датчиком запаха) и его корпусом, подчеркивая инновационный дизайн, который повышает чувствительность обнаружения запаха и эффективность системы. Кредит: Доктор Дайго Терутсуки / Университет Шиншу, Япония
В этом контексте команда исследователей во главе с доцентом Дайго Терутсуки из факультета машиностроения и робототехники, факультета текстильной науки и техники, Университета Шиншу, Япония, а также доцент профессора Тошиюки Наката и Чихиро Фукуи из Университета Чиба, Япония, Япония. использовали антенны с шелковичным червем для разработки нового биогибридного дрона, способного к восприятию запаха и отслеживание.
Исследование опубликовано в Интернете в журнале npj roboticsПолем
Объясняя их мотивацию исследования, доктор Терутсуки говорит: «Наша команда продолжает развивать биогибридные беспилотники, в которых используются живые антенны насекомых в качестве элементов датчика запаха. В этом исследовании мы стремимся включить динамические движения и механизмы живых организмов к к резко повышение производительности наших беспилотников отслеживания запаха.
«Мы инициировали это исследование с убеждением, что эти достижения позволили бы обеспечить более эффективное обнаружение запаха и расширить приложения в спасательных операциях».
Репрезентативная траектория полета усовершенствованного биогибридного беспилотника с использованием трехэтажного алгоритма вращения для поиска источника запаха. Дрон успешно проследил феромон -шлейф женских мотыльку шелкота на приблизительном расстоянии 5 м, демонстрируя его улучшенную навигационную способность и потенциал для применений в динамических средах. Кредит: Доктор Дайго Терутсуки / Университет Шиншу, Япония
Ранее исследователи разработали биогибридный беспилотник, оснащенный датчиком электроантрографии (EAG) на основе антенн насекомых с высокой чувствительностью и специфичностью. Тем не менее, его приложения были ограничены коротким диапазоном обнаружения менее двух метров.
В текущем исследовании команда улучшила основную версию за счет дальнейшего включения механизмов, которые имитируют биологический процесс у насекомых. Насекомые паузу периодически делают паузу во время процесса отслеживания запаха, чтобы повысить точность поиска. Тем не менее, роботизированные модели поиска запахов не имеют таких пауз в своей работе, что может повлиять на их диапазон обнаружения.
Чтобы решить эту проблему, исследователи представили «алгоритм шаговой ротации», который имитирует паузы насекомых во время чувства запаха, значительно повышая точность обнаружения.
Они также перепроектировали электроды и датчик EAG, чтобы более эффективно приспособиться к структуре антенн моли шелкота. Беспланный интерфейс между усилительным модулируемым (отзывчивым к интенсивностям электрических сигналов) датчик EAG и антенны насекомых значительно улучшил производительность и работоспособность системы.
Кроме того, команда использовала воронку в форме воронки для снижения сопротивления воздушного потока и применила проводящее покрытие внутри корпуса, чтобы минимизировать помехи шума от электростатической зарядки. Эти модификации привели к превосходному восприятию источника запаха в различных условиях окружающей среды и концентрациях одоранта с эффективным диапазоном обнаружения до 5 метров.
Разнообразная применимость биогибридного беспилотника, оснащающего запах, может потенциально революционизировать обнаружение утечки газа в критических инфраструктурах, раннее обнаружение пожаров, повысить безопасность в аэропортах, обнаруживая опасные вещества, такие как лекарства и взрывчатые вещества, и обеспечивают более большую реакцию на катастрофу за счет улучшения спасательных операций.
Эта технология может быть особенно полезна в географических регионах, которые более склонны к стихийным бедствиям, таким как землетрясения в целях спасения.
«Традиционно, поисковые и спасательные усилия полагались на ручный визуальный поиск из-за отсутствия окончательной технологии, способной эффективно найти людей в дистрессе. Расширенные биогибридные беспилотники, разработанные в этом исследовании Отслеживание запахов, в конечном счете, спасая больше жизней, когда каждая секунда считает », — заключает доктор Терутсуки.
Больше информации:
Chihiro Fukui и др., Расширенные биогибридные беспилотники для превосходной локализации источника запаха: возможности обнаружения высокой и увеличенного диапазона, npj robotics (2025). Два: 10.1038/S44182-025-00020-9
Предоставлено Университетом Шиншу
Цитирование: Биогибридный беспилотник использует антенны с шелковичным червем для навигации по запаху (2025, 19 февраля), извлеченные 20 февраля 2025 года из этого документа, подвергается авторским правам. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
