Electroantennography القائم على بيو الهجين رائحة الكشف عن طائرة بدون طيار باستخدام هوائيات Silkmoth لتوطين مصدر رائحة
أغسطس 27, 2021
تقدم هذه الدراسة بروتوكولات تجريبية لطائرة بدون طيار للكشف عن الروائح الهجينة الحيوية تعتمد على هوائيات silkmoth. يتم عرض تشغيل جهاز electroantennogram تجريبي مع هوائيات silkmoth ، بالإضافة إلى هيكل طائرة بدون طيار هجينة بيولوجية مصممة لتوطين مصدر الرائحة باستخدام خوارزمية الطفرة الحلزونية.
يمكن للطائرة بدون طيار الهجين الحيوي مع هوائيات silkmoth العمل مع أداة فعالة للكشف عن جزيء الرائحة ، ومنصة طيران مناسبة لتطوير خوارزميات توطين مصدر الرائحة. الميزة الرئيسية هي أن الطائرة بدون طيار الهجين الحيوي لديه توجيه الاستشعار نحو مصادر الرائحة، وذلك بسبب تجهيز الضميمة الاستشعار. ابدأ بعزل هوائيات العث الحريرية باستخدام مقص ما بعد الوفاة دون تخدير.
قطع كلا الجانبين من هوائيات العثة الحريرية المعزولة واستخدام هلام موصل كهربائيا لإرفاقها إلى الفضة والفضة كلوريد المغلفة أقطاب الجزء الاستشعار من electroantennography أو جهاز EAG. قم بتوصيل الأنبوب الزجاجي الذي يحتوي على بومبيكول بنظام تحفيز الرائحة، مما يضمن تشغيل المضخة بالفعل. بناء أنبوب زجاجي بحيث طرفه هو 10 ملليمتر بعيدا عن هوائيات الفم الحرير على الجهاز EAG.
تعيين 60 ملليمتر قطرها لوحة العادم 30 ملليمتر وراء الجهاز EAG لتحقيق الاستقرار في تدفق الهواء ومنع ركود الفيرومون. قم بتشغيل الجهاز EAG، ثم قم بتشغيل برنامج الحصول على البيانات على الكمبيوتر. اضغط على زر الأرض في قائمة السجل لتحديد الحالة التجريبية ثم اضغط على زر بدء السجل للحصول على البيانات. بعد خمس ثوان من الضغط على زر بدء السجل بدء التحفيز رائحة.
اضغط على زر إيقاف السجل على واجهة المستخدم الرسومية أو GUI لإيقاف التسجيل. عزل هوائيات العثة الحريرية باستخدام مقص ما بعد الوفاة وقطع كلا الجانبين من الهوائيات. قم بتوصيل الهوائيات المعزولة بالأقطاب الكهربائية المغلفة بالكلوريد الفضي والفضي للجزء الاستشعاري من جهاز EAG باستخدام هلام موصل كهربائيا.
قم بتوصيل الأنبوب الزجاجي الذي يحتوي على بومبيكول بنظام تحفيز الرائحة مع تشغيل المضخة بالفعل. قم بتعيين الأنبوب الزجاجي بحيث يكون الأنبوب وطرفه متوازيين مع حافة المكتب وفوقه مباشرة، على التوالي. تعيين الدورة الدموية بحيث يكون مركز المروحة 15 سم من حافة المكتب.
تعيين سرعة الرياح للمدور إلى واحد أو الحد الأدنى من الطاقة عن طريق الضغط على زر على وحدة التحكم. قم بتركيب جهاز EAG على الطائرة بدون طيار. قم بتوصيل الكمبيوتر بنقطة الوصول إلى Wi-Fi.
قم بتشغيل جهاز EAG و الطائرة بدون طيار. تشغيل برنامج التحكم بدون طيار على جهاز الكمبيوتر. بعد وميض الضوء على الطائرة بدون طيار باللون الأصفر، اضغط على زر الأمر SDK في قائمة الأوامر على واجهة المستخدم الرسومية للكمبيوتر لتنفيذ الأمر ثم اضغط على زر الإقلاع على واجهة المستخدم الرسومية لتحوم الطائرة بدون طيار فوق الأرض. بعد الضغط على زر الرحلة قائمة السجل، لتحديد الحالة التجريبية، اضغط على زر بدء السجل لهذا الاستحواذ.
اضغط على زر إيقاف السجل في واجهة المستخدم الرسومية لإيقاف التسجيل. أدخل جزء الاستشعار من جهاز EAG في حاوية المستشعر. تعيين المسافة بين غيض من الأقطاب الكهربائية وطرف من الضميمة كما 10 ملليمترات.
تعلق على هوائيات معزولة من عثة الحرير إلى الأقطاب الكهربائية كما هو موضح سابقا وجبل الجهاز EAG مع إغلاق أجهزة الاستشعار على الطائرة بدون طيار. تحوم الطائرة بدون طيار بحيث تبدأ حركة التمحور ما يقرب من 90 درجة إلى اليسار واليمين. تحفيز جهاز EAG على الطائرة بدون طيار باستخدام سقاطات بولي التي تحتوي على بومبيكول خلال هذه الحركات.
إجراء هذه الخطوة ما مجموعه أربع مرات. ولوحظ أن الجهاز المقترح EAG استجاب بشكل مستنسخ لتحفيز الرائحة. وحلقت الطائرة المزودة بجهاز EAG على ارتفاع 95 سنتيمترا من الأرض وعلى مسافة 90 سنتيمترا من مصدر الرائحة.
تم تسجيل الإشارات النموذجية لجهاز EAG ومستشعر الغاز على الطائرة بدون طيار. بالنسبة للطائرة بدون طيار بدون حاوية استشعار ، كانت كثافة الإشارة عند 180 درجة ، عندما واجهت الطائرة بدون طيار الاتجاه المعاكس من مصدر الرائحة ، أعلى من ذلك في بعض الأحيان عند درجة الصفر. ومع ذلك ، بالنسبة للطائرة بدون طيار المجهزة بالضميمة ، أصبحت كثافة إشارة EAG عند درجة الصفر أعلى من تلك التي عند 180 درجة.
وأشارت النتائج إلى أن الطائرة بدون طيار اكتشفت بومبيكول في الهواء خارج نفق الرياح وحددت اتجاه عمود الرائحة عن طريق التمحور حول الحركات. تم إجراء توطين مصدر الرائحة استنادا إلى خوارزمية البحث الحلزونية هذه باستخدام الطائرة بدون طيار الهجينة الحيوية. تم تسجيل مسار الطائرة بدون طيار وزوايا yaw وإشارات EAG أثناء توطين مصدر الرائحة للتحليل.
وأظهرت إشارات الفريق الاستشاري أن وقت الكشف، بما في ذلك أوقات الاستجابة والاسترداد، لجهاز EAG على الطائرة بدون طيار كان حوالي ثانية واحدة. وقد مهد التطوير مع الطائرة بدون طيار الهجين الحيوي الطريق لبناء منصة فعالة للكشف عن جزيء الرائحة في مجال الروبوتات الهجينة الحيوية.
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة بروتوكولات تجريبية لطائرة بدون طيار هجينة حيوية لاكتشاف الروائح باستخدام هوائيات عثة الحرير. توضح الدراسة تفاصيل تشغيل جهاز المخطط الكهربائي الهوائي وتصميم طائرة بدون طيار لتحديد مصدر الرائحة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الروبوتات الحيوية الهجينة
الخلفية
- هوائيات عثة الحرير حساسة لجزيئات الرائحة.
- المخطط الكهربائي الهوائي (EAG) هي تقنية تُستخدم لقياس استجابات هذه الهوائيات للروائح.
- يمكن أن تعزز الطائرات بدون طيار الهجينة حيوية قدرات اكتشاف الرائحة.
- تحديد مصدر الرائحة أمر بالغ الأهمية للعديد من التطبيقات، بما في ذلك المراقبة البيئية.
غرض الدراسة
- تطوير طائرة بدون طيار هجينة حيوية يمكنها اكتشاف مصدر الرائحة وتحديده بكفاءة.
- إظهار وظيفة هوائيات عثة الحرير في بيئة الطائرات بدون طيار.
- استخدام خوارزمية لولبية لتحديد مصدر الرائحة.
الطرق المستخدمة
- عزل هوائيات عثة الحرير وربطها بجهاز EAG.
- إعداد نظام تحفيز الرائحة باستخدام bombykol.
- دمج جهاز EAG مع الطائرة بدون طيار للحصول على البيانات.
- تنفيذ خوارزمية بحث لولبية لتحديد موقع الرائحة.
النتائج الرئيسية
- ردّ جهاز EAG بشكل موثوق على محفزات الرائحة.
- كشفت الطائرة بدون طيار عن bombykol وحدد اتجاه تيار الرائحة.
- تباينت شدة الإشارة بناءً على وجود غلاف المستشعر.
- كان وقت اكتشاف جهاز EAG حوالي ثانية واحدة.
الاستنتاجات
- تمثل الطائرة بدون طيار الهجينة حيوية تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا اكتشاف الرائحة.
- ترصف هذه الدراسة الطريق لتطبيقات مستقبلية في الروبوتات الحيوية الهجينة.
- قد تعمل الدراسات الإضافية على تحسين كفاءة خوارزميات تحديد مصدر الرائحة.
الأسئلة المتداولة
Executive Industry Relevance
Integrating silkmoth antennae-based electroantennography (EAG) biosensors onto autonomous drones addresses the challenge of real-time, high-sensitivity odorant detection in complex environments. This bio-hybrid platform enhances predictive confidence for odor source localization, supporting early-stage validation of environmental and security monitoring technologies. The approach enables robust, reproducible detection workflows that can be adapted for scalable R&D pipelines in biosensing and robotics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of biological olfactory pathways using insect antennae as functional biosensors.
- Supports mechanistic de-risking by providing high-sensitivity, selective detection of volatile molecules.
- Facilitates predictive confidence in biosensor performance for environmental and security applications.
Screening & Assay Development
- Prepares validated bio-hybrid systems for downstream odorant screening workflows.
- Delivers reproducible, quantitative EAG signal outputs for assay standardization.
- Enables scalable evaluation of sensor enclosure designs and localization algorithms.
Translational & Preclinical Research
- Aligns biosensor outputs with real-world environmental detection scenarios.
- Supports continuity from discovery-stage biosensor validation to preclinical field testing.
- Provides a platform for risk-adjusted advancement of bio-hybrid detection technologies.
Pipeline & Workflow Integration
This EAG-based odor detection method fits within the discovery-to-preclinical continuum for biosensor development and environmental monitoring solutions.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of insect olfactory system sensitivity and selectivity in engineered platforms.
- Screening: Provides reproducible, quantitative EAG measurements for comparing sensor configurations and algorithms.
- Analytics: Generates real-time signal outputs and trajectory data for cross-condition analysis.
- Translational Research: Bridges laboratory biosensor validation with field-relevant odor localization tasks.
- Enterprise Reuse: Establishes a modular, programmable platform for iterative biosensor and algorithm development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in odorant detection workflows.
- Operational Value: Standardizes biosensor preparation, data acquisition, and drone integration for reproducibility.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions for advancing biosensor platforms and localization algorithms.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of bio-hybrid detection technologies for environmental and security applications.
Implementation Considerations
- Requires expertise in insect olfactory biology and EAG signal analysis.
- Needs instrumentation for precise antennae preparation, electrode attachment, and airflow control.
- Demands cross-team standardization of biosensor mounting and data acquisition protocols.
- Must adapt sensor enclosure and drone integration for different environmental conditions.
- Performance may vary with antennae viability and environmental airflow dynamics.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:27
EAG Experiments on a Fixed Desk Surface
1:49
EAG Experiments on the Drone and Sensor Enclosure
3:33
Odor Tracing Demonstration Using the Bio-hybrid Drone
4:08
Results: Bio-hybrid Odor-detecting Drone Using Silkmoth Antennae for Odor Source Localization
5:34
Conclusion
