Drohne zur Hindernisvermeidung verwendet lebende Mottenantenne

Ein Vorteil von Drohnen besteht darin, dass sie Orte erreichen können, die Menschen nicht erreichen können, darunter Bereiche, die zu gefährlich sein könnten, wie z. B. instabile Strukturen nach einer Naturkatastrophe oder eine Region mit Blindgängern.

Forscher sind an der Entwicklung von Geräten interessiert, die diese Situationen meistern können, indem sie Chemikalien in der Luft erschnüffeln, um Überlebende von Katastrophen, Gaslecks, Sprengstoffe und mehr zu lokalisieren. Aber die meisten Sensoren sind nicht empfindlich oder schnell genug, um bestimmte Gerüche zu finden und zu verarbeiten, während sie durch die fleckigen Geruchsschwaden fliegen, die diese Quellen erzeugen.

Ein Team hat Smellicopter entwickelt, eine autonome Drohne, die eine lebende Antenne einer Motte verwendet, um zu Gerüchen zu navigieren. Es kann auch Hindernisse erkennen und vermeiden, wenn es sich durch die Luft bewegt. Durch die Verwendung einer echten Mottenantenne konnten die Forscher das Beste aus beiden Welten nutzen:die Empfindlichkeit eines biologischen Organismus auf einer Roboterplattform, auf der Bewegungen gesteuert werden können.

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„Die Natur bläst unsere menschengemachten Geruchssensoren wirklich aus dem Wasser“, sagte UW-Doktorandin Melanie Anderson.

Die Motte nutzt ihre Antennen, um Chemikalien in ihrer Umgebung zu spüren und zu Nahrungsquellen oder potenziellen Partnern zu navigieren. Das Team verwendete für Smellicopter Antennen des Manduca sexta Hawkmoth. Forscher stellten Motten in den Kühlschrank, um sie zu betäuben, bevor sie eine Antenne entfernten. Einmal von der lebenden Motte getrennt, bleibt die Antenne bis zu vier Stunden biologisch und chemisch aktiv. Diese Zeitspanne könnte verlängert werden, indem die Antennen im Kühlschrank aufbewahrt werden.

Durch Hinzufügen winziger Drähte an beiden Enden der Antenne konnten die Forscher sie an einen Stromkreis anschließen und das durchschnittliche Signal von allen Zellen in der Antenne messen. Das Team verglich ihn dann mit einem typischen menschengemachten Sensor, indem es beide an einem Ende eines Windkanals platzierte und Gerüche weht, auf die beide Sensoren reagieren würden:ein Blumenduft und Ethanol, eine Art Alkohol. Die Antenne reagierte schneller und benötigte weniger Zeit, um sich zwischen den Zügen zu erholen.

Um Smellicopter zu entwickeln, fügte das Team den Antennensensor einer handelsüblichen Open-Source-Handheld-Quad-Copter-Drohnenplattform hinzu, die es Benutzern ermöglicht, spezielle Funktionen hinzuzufügen. Die Forscher fügten außerdem zwei Kunststoffflossen auf der Rückseite der Drohne hinzu, um einen Luftwiderstand zu erzeugen, damit sie ständig gegen den Wind ausgerichtet werden kann.

Smellicopter braucht keine Hilfe von den Forschern, um nach Gerüchen zu suchen. Das Team erstellte ein „Cast and Surge“-Protokoll für die Drohne, das nachahmt, wie Motten nach Gerüchen suchen. Smellicopter beginnt seine Suche, indem er sich um eine bestimmte Entfernung nach links bewegt. Wenn nichts eine bestimmte Geruchsschwelle überschreitet, bewegt sich Smellicopter für die gleiche Entfernung nach rechts. Sobald es einen Geruch wahrnimmt, ändert es sein Flugmuster, um darauf zuzuschießen.

Ein weiterer Vorteil von Smellicopter ist, dass es kein GPS benötigt. Stattdessen verwendet es eine Kamera, um seine Umgebung zu überwachen, ähnlich wie Insekten ihre Augen benutzen. Dadurch eignet sich Smellicopter gut für die Erkundung von Innenräumen oder unterirdischen Räumen wie Minen oder Rohren.

Während Tests im Labor wurde Smellicopter natürlich so eingestellt, dass er in Richtung von Gerüchen fliegt, die Motten interessant finden, wie zum Beispiel Blumendüfte. Die Forscher hoffen jedoch, dass die Mottenantenne in zukünftigen Arbeiten andere Gerüche wahrnehmen könnte, wie das Ausatmen von Kohlendioxid von jemandem, der unter Trümmern eingeschlossen ist, oder die chemische Signatur eines Blindgängers.