O drone bio-híbrido usa antenas de mariposa de malha de seda para navegar pelo cheiro

Os drones convencionais usam sensores visuais para navegação. No entanto, condições ambientais como umidade, pouca luz e poeira podem impedir sua eficácia, limitando seu uso em áreas atingidas por desastres. Pesquisadores do Japão desenvolveram um novo drone bio-híbrido, combinando elementos robóticos com antenas de detecção de odor de mariposas de minhoca. Sua inovação, que integra a agilidade e precisão de robôs com mecanismos sensoriais biológicos, pode aumentar a aplicabilidade dos drones na navegação, detecção de gás e resposta a desastres.

Os avanços tecnológicos levaram ao desenvolvimento de drones com diversas aplicações, incluindo navegação, detecção de gás, infraestrutura e transporte, imagem e resposta a desastres. Os sistemas de navegação convencionais em drones dependem de sensores visuais, como imagem térmica e detecção de luz e variação (LIDAR).

No entanto, condições ambientais como pouca luz, poeira e umidade podem comprometer sua função, destacando a necessidade de alternativas mais versáteis.

Na natureza, animais, pássaros e insetos têm um sistema de navegação inerente com base em seu olfato que os ajuda a localizar fontes de alimentos, fugir de predadores e atrair parceiros em potencial, promovendo assim sua sobrevivência geral. Os insetos, em particular, traças masculinas, podem detectar feromônios sexuais transportados pelo vento a distâncias que, em alguns casos, se estendem a vários quilômetros através de um processo conhecido como localização de origem de odor.

Drones bio-híbridos que integram esses mecanismos sensoriais biológicos com máquinas artificiais avançadas têm promessa significativa para superar os desafios associados às tecnologias robóticas existentes.

In this context, a team of researchers led by Associate Professor Daigo Terutsuki from the Department of Mechanical Engineering and Robotics, Faculty of Textile Science and Technology, Shinshu University, Japan, along with Associate Professor Toshiyuki Nakata and Chihiro Fukui from Chiba University, Japan, usaram antenas de mariposa da lodaneira para desenvolver um novo drone bio-híbrido capaz de detectar o odor e monitorando.

O estudo foi publicado online na revista Robótica NPJ.

Explicando sua motivação por trás do estudo, o Dr. Terutsuki diz: “Nossa equipe continua desenvolvendo drones bio-híbridos que utilizam antenas de insetos vivos como elementos do sensor de odor. Nesta pesquisa, nos esforçamos para incorporar os movimentos e mecanismos dinâmicos dos organismos vivos para Aumente dramaticamente o desempenho de nossos drones de rastreamento de odores.

“Iniciamos este estudo com a crença de que esses avanços permitirão detecção mais eficaz de odores e ampliar as aplicações nas operações de resgate”.

Anteriormente, os pesquisadores desenvolveram um drone bio-híbrido equipado com um sensor de eletrontenografia (EAG) baseado em antenas de insetos com alta sensibilidade e especificidade. No entanto, suas aplicações foram limitadas por uma curta faixa de detecção de menos de dois metros.

No presente estudo, a equipe aprimorou a versão primária incorporando mecanismos ainda que imitam o processo biológico em insetos. Os insetos pausam intermitentemente durante o processo de rastreamento de odor para melhorar a precisão da pesquisa. No entanto, os modelos robóticos de busca de odor não possuem pausas em sua operação, o que pode afetar sua gama de detecção.

Para abordar isso, os pesquisadores introduziram um “algoritmo de rotação escalonado” que imita a pausa para insetos durante a detecção do odor, melhorando significativamente a precisão da detecção.

Eles também redesenharam os eletrodos e o sensor de EAG para acomodar com mais eficácia a estrutura das antenas da mariposa da seda. A interface perfeita entre o sensor EAG modulável por ganho (responsivo às intensidades de sinal elétrico) e as antenas de insetos melhorou significativamente o desempenho e a operação do sistema.

Além disso, a equipe usou um gabinete em forma de funil para reduzir a resistência ao fluxo de ar e aplicou um revestimento condutor dentro do gabinete para minimizar a interferência de ruído da carga eletrostática. Essas modificações resultaram em detecção superior de origem de odor sob variadas condições ambientais e concentrações de odorantes, com uma faixa de detecção eficaz de até 5 metros.

A aplicabilidade diversificada do drone bio-híbrido com sensor de odor pode potencialmente revolucionar a detecção de vazamentos de gás em infraestruturas críticas, a detecção precoce de incêndio, melhorar a segurança pública nos aeroportos, detectando substâncias perigosas como drogas e explosivos e permitem uma melhor resposta a desastres, melhorando as operações de resgate.

Essa tecnologia pode ser particularmente útil em regiões geográficas que são mais propensas a desastres naturais, como terremotos para fins de resgate.

“Tradicionalmente, os esforços de busca e resgate confiaram em pesquisas visuais manuais devido à ausência de uma tecnologia definitiva capaz de localizar com eficiência indivíduos em angústia. O drone bio-híbrido avançado desenvolvido neste estudo tem o potencial de permitir que os respondentes localizem rapidamente sobreviventes por Rastreando odores, economizando mais vidas quando cada segundo conta “, conclui o Dr. Terutsuki.