机器人如何通过嗅觉传感器实现不可思议的功能探索传感器工作原理及应用
导语：美国科学家借助蝗虫的神奇嗅觉，开发出新一代仿生机器人感测系统，该系统能够在复杂环境中准确识别特定气味，从而应用于安全领域。通过ONR的资助，生物医学工程副教授Baranidharan Raman和他的团队深入研究了蝗虫如何以简单方式接收和处理感官信息，他们发现气味激活了蝗虫大脑中的动态神经活动，使其能够在混乱的气味背景下辨认特殊气味。
美国圣刘易斯华盛顿大学的工程师们受到了蝗虫灵敏嗅觉的启发，并创造出了一个新的仿生机器人感测系统，这个系统可以用于检测危险物质等安全应用。这项工作得到了75万美元资金支持，由美国海军研究室（ONR）提供。
该校工程与应用科学系生物医学工程副教授Baranidharan Raman表示：“虽然这种生物感测系统比其他同类型项目更为复杂，但它包含了负责嗅觉感官的一种化学传感器。”这个传感器是一种原始本能，但仍然存在于许多脊椎动物和无脊椎动物中。“融合生物学解决方案可以用来解决非侵入式或化学传感的问题，而且它们几乎是相同设计和运算原则。”
多年来，Raman一直致力于研究蝗虫的大脑如何以相当简单的方式接收和处理感觉信号。他发现，当一种气味激活时，它会引起大脑中的动态神经活动，使得蝗虫能够正确地辨识出特殊的气味，即使是在其他气味同时存在的情况下。此外，他还发现蝂子可以被训练出来，在各种复杂情况下辨识出特定的气味，比如在不同的背景条件下。
“为什么不直接利用生物解决方案?”Raman提问，“即使是最先进的小型化化学传感器也有很多传感器。而昆蟲天線——它所处的地方，也有成千上萬個傳遞氣息訊號之處。”
除了这些工作以外，团队还计划监控昆蟲自由活動、探索并解碼環境中的氣息時其腦部神經活動。在这一过程中，他们需要低功率电子元件来收集、记录及傳輸數據。计算机科学与工程系教授Shantanu Chakrabartty将与Raman合作开发必要组件。
此外，团队还计划使用遥控技术，将甲壳虫作为样本采集模拟机制。材料科学助理教授Srikanth Singamaneni将开发一种由生物兼容丝制成电浆“纹身纸”，可贴在甲壳虫翅膀上，以产生微热，并帮助遥控引导甲壳虫朝向特定位置。此外，这种电浆纳米结构纹身贴纸也能收集周围挥发性有机化合物样本，让研究人员使用常规方法进行分析。
“狗鼻子仍然是许多工程应用中最先进的人工鼻子，”Raman说，“然而，对训练这些动物以及调节它们所需时间与困难，以及缺乏强大的译码程序以从生物系统获取有关化学信息，对广泛应用带来了重大挑战。”
