机器人如何通过嗅觉传感器获得不可思议的功能呢

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。

圣刘易斯华盛顿大学的工程师团队受到了蝗虫的启发,并利用75万美元的资金赞助,由美国海军研究室提供,开发了一个生物混合鼻,这是一个高度灵敏的嗅觉系统。该团队由生物医学工程副教授Baranidharan Raman领衔,他表示这种生物感测系统比其他同类型工程系统更为复杂,因为它包含负责嗅觉感官的化学传感器。

Raman多年来一直致力于研究蝗虫如何以简单方式接收和处理感觉信息。他和他的团队发现,当气味激活时,它们的大脑会产生动态神经活动,使得蝗虫能够辨别出特殊气味,即使是在其他气味共同存在的情况下。在进一步研究中,他们还发现蝗虫可以被训练以辨认某种特定的气味,即使在复杂条件下也能准确识别。

“为什么不直接使用生物解决方案?” Raman提出了问题,“即便是最先进的微型化学传感器也有许多传感器。而昆虫天线上有成千上万个化学传感器以及各种类型。”

除了监控昆虫在自由活动、探索与解码其环境中的气味过程中的大脑神经活动之外,研究还需要低功率电子元件来收集、记录和传输数据。计算机科学与工程系教授Shantanu Chakrabartty将与Raman合作,共同开发这些所需的小型电子产品。

此外,为了通过遥控方式使用蝗虫作为样本收集者的仿生机器人系统,材料科学助理教授Srikanth Singamaneni正在开发一种由生物兼容丝制成的电浆“纹身纸”,可以贴在翅膀上并帮助引导蝰蛇朝向特定位置。此外,这种纹身贴纸还可用于收集邻近挥发性有机化合物样本,以便进行次级分析。

“尽管狗的一些嗅觉功能仍然是先进技术,但训练和控制它们带来的挑战,以及缺乏强大的译码程序以从生物来源获取相关化学信息,对于更广泛应用来说是一个巨大的挑战。” Raman指出他们希望这项基于蝶蛾(实际应为蚂蚱)的化学检测方法能被验证并应用于爆裂物侦测等领域。