机器人如何通过不同传感器分类方法获得不可思议的功能
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和他的团队致力于研究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,并开发出了一个新的仿生机器人感觉系统,可以用于安全应用。该校工程与应用科学系生物医学工程副教授Baranidharan Raman利用来自美国海军研究室(ONR)的75万美元资金,建立了一种高度灵敏化的嗅觉传感器,这项技术被称为“生物混合鼻”。
Raman指出,生物传感器相比其他同类设备更为复杂,它们包含负责嗅觉功能的大量化学传感器。这方面的一些原始本能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用于解决非侵入式或化学检测等问题,而且它们几乎所有设计与运算原则都是一致的,”Raman说,“因此,对基本嗅觉处理原理了解对于由生物学启发的人工解决方案至关重要。”
多年来,在ONR资金支持下,Raman一直在研究蝗虫大脑如何以简便方式接受并处理感觉信号。他和他的团队发现,当某个气味激活时,大脑中的动态神经活动使得蝗虫能够正确辨认特殊气息,即使是在其他气息共同存在的情况下。此外,他们还发现可以训练这些昆虫辨识特定气息,并且即使在复杂条件下也能准确地再次辨识。
为什么要使用昆虫?何不直接利用他们提供的情报?“即使是最先进的小型化化学传感装置,也有许多单独工作的传感器,”拉曼提醒,“另一方面,如果你观察昆虫天线——那里的化学传感器数量极其庞大。”他们计划监控自由行动中的昆蟲及其环境中的不同香料,以记录它们的大脑活动。
为了实现这一点,他们需要低功率电子元件来收集、记录和发送数据。计算机科学与工程系教授Shantanu Chakrabartty将合作开发所需组件,他是制定自适应集成微系统实验室微型电子产品专家的老师。
此外,他们计划通过遥控操作,将这种仿生机器人系统作为样本采集者使用。材料科学助理教授Srikanth Singamaneni正在研制一种由丝编织而成、具有微热生成能力以及帮助引导到指定位置的手持纹身纸。这张纹身纸除了用作电浆纳米结构,还可以用来收集邻近挥发性有机化合物样本,以便进行进一步分析。
最后,拉曼强调:“尽管狗闻道能力目前是最先进的人工鼻子之一,但训练这些动物并解码来自它们体内化学信息的问题仍然是一个挑战。”这项研究旨在验证基于甲壳类爬行者的新一代化学检测方法,并希望将其用于爆炸物探测等任务上。