Elektroantennen-basierte Bio-Hybrid-Geruchserkennungsdrohne mit Seidenmottenantennen zur Lokalisierung von Geruchsquellen

Die Bio-Hybrid-Drohne mit den Seidenmottenantennen kann mit einem effizienten Geruchsmolekülerkennungswerkzeug und einer geeigneten Flugplattform für die Entwicklung von Algorithmen zur Lokalisierung von Geruchsquellen arbeiten. Der Hauptvorteil ist, dass die Bio-Hybrid-Drohne aufgrund der Ausstattung des Sensorgehäuses eine Sensor-Richtwirkung auf Geruchsquellen hat. Beginnen Sie mit der Isolierung von Seidenmottenantennen mit einer Post-Mortem-Schere ohne Betäubung.

Schneiden Sie beide Seiten der isolierten Seidenmottenantennen und befestigen Sie sie mit dem elektrisch leitfähigen Gel an den silber- und silberchloridbeschichteten Elektroden des Sensorteils der Elektroantennographie oder des EAG-Geräts. Schließen Sie das Glasrohr mit Bombykol an das Geruchsstimulationssystem an und stellen Sie sicher, dass die Pumpe bereits eingeschaltet ist. Bauen Sie das Glasrohr so, dass seine Spitze 10 Millimeter von den Seidenmaulantennen des EAG-Geräts entfernt ist.

Stellen Sie die Abgasplatine mit einem Durchmesser von 60 Millimetern 30 Millimeter hinter das EAG-Gerät ein, um den Luftstrom zu stabilisieren und eine Pheromonstagnation zu verhindern. Schalten Sie das EAG-Gerät ein und führen Sie dann das Datenerfassungsprogramm auf dem PC aus. Drücken Sie die Massetaste im Protokollmenü, um den experimentellen Zustand zu bestimmen, und drücken Sie dann die Protokollstarttaste für die Datenerfassung. Fünf Sekunden nach dem Drücken der Log-Start-Taste beginnen Geruchsstimulationen.

Drücken Sie die Log-Stop-Taste auf der grafischen Benutzeroberfläche oder GUI, um die Aufzeichnung zu beenden. Isolieren Sie seidenmottenantennen mit einer Post-mortem-Schere und schneiden Sie beide Seiten der Antennen. Befestigen Sie die isolierten Antennen mit elektrisch leitfähigem Gel an den silber- und silberchloridbeschichteten Elektroden des Sensorteils des EAG-Geräts.

Verbinden Sie das Glasrohr, das Bombykol enthält, mit dem Geruchsstimulationssystem, wobei die Pumpe bereits eingeschaltet ist. Stellen Sie das Glasrohr so ein, dass das Rohr und seine Spitze parallel zur Schreibtischkante bzw. direkt darüber liegen. Stellen Sie den Zirkulator so ein, dass die Mitte des Ventilators 15 Zentimeter von der Tischkante entfernt ist.

Stellen Sie die Windgeschwindigkeit des Zirkulatores auf eine oder minimale Leistung ein, indem Sie die Taste an der Konsole drücken. Montieren Sie das EAG-Gerät an der Drohne. Verbinden Sie den PC mit dem Wi-Fi Access Point.

Schalten Sie das EAG-Gerät und die Drohne ein. Führen Sie das Drohnensteuerungsprogramm auf dem PC aus. Nachdem das Licht an der Drohne gelb blinkt, drücken Sie die SDK-Befehlstaste im Befehlsmenü auf der GUI des PCs, um den Befehl auszuführen, und drücken Sie dann die Starttaste auf der GUI, um die Drohne über dem Boden zu bewegen. Nachdem Sie die Flugtaste im Protokollmenü gedrückt haben, drücken Sie die Protokollstarttaste für diese Erfassung, um den experimentellen Zustand zu bestimmen.

Drücken Sie die Log-Stop-Taste auf der GUI, um die Aufnahme zu beenden. Setzen Sie den Sensorteil des EAG-Geräts in das Sensorgehäuse ein. Stellen Sie den Abstand zwischen der Spitze der Elektroden und der Spitze des Gehäuses auf 10 Millimeter ein.

Wie zuvor beschrieben an den isolierten Antennen der Seidenmotte an den Elektroden befestigt und das EAG-Gerät mit dem Sensorverschluss an der Drohne befestigen. Bewegen Sie die Drohne so, dass sie eine etwa 90 Grad schwenkende Bewegung nach links und rechts beginnt. Stimulieren Sie das EAG-Gerät auf der Drohne mit Poly-Droppern, die Bombykol enthalten, während dieser Bewegungen.

Führen Sie diesen Schritt insgesamt viermal durch. Es wurde beobachtet, dass das vorgeschlagene EAG-Gerät reproduzierbar auf die Geruchsstimulationen reagierte. Die mit dem EAG-Gerät ausgestattete Drohne schwebte in einer Höhe von 95 Zentimetern vom Boden und in einem Abstand von 90 Zentimetern von der Geruchsquelle.

Die typischen Signale des EAG-Geräts und des Gassensors an der Drohne wurden aufgezeichnet. Bei der Drohne ohne Sensorgehäuse war die Signalintensität bei 180 Grad, wenn die Drohne in die entgegengesetzte Richtung von der Geruchsquelle blickte, gelegentlich höher als bei null Grad. Für die mit dem Gehäuse ausgestattete Drohne wurde die Signalintensität des EAG bei null Grad jedoch höher als bei 180 Grad.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Drohne Bombykol in der Luft außerhalb eines Windkanals entdeckte und die Richtung der Geruchsfahne durch Schwenkbewegungen identifizierte. Die Lokalisierung der Geruchsquelle wurde basierend auf diesem Spiralsuchalgorithmus mit der Bio-Hybrid-Drohne durchgeführt. Die Flugbahn der Drohne, die Gierwinkel und EAG-Signale während der Geruchsquellenlokalisierung wurden zur Analyse aufgezeichnet.

Die EAG-Signale zeigten, dass die Erkennungszeit, einschließlich Reaktions- und Erholungszeiten, des EAG-Geräts auf der Drohne etwa eine Sekunde betrug. Die Entwicklung mit der Bio-Hybrid-Drohne hat den Weg für den Aufbau einer effizienten Geruchsmolekül-Erkennungsplattform im Bereich der Bio-Hybrid-Robotik geebnet.