Robot controlado por insectos: una plataforma del robot móvil para evaluar la capacidad de seguimiento de Olor de un insecto

El objetivo general de este experimento es evaluar la capacidad de seguimiento de olores de un insecto utilizado como controlador de un robot móvil. Este método puede abordar desafíos clave en el campo de la biomedicina, como la forma de utilizar insectos en la navegación robótica móvil biomimética. La principal ventaja de esta técnica es que podemos utilizar directamente un insecto como controlador de un robot móvil y evaluar su capacidad para encontrar una fuente de olor.

Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la comprensión de los mecanismos biológicos detrás de otros comportamientos, ya que los investigadores pueden alterar la relación sensorio-motora de un insecto a bordo mediante la manipulación robótica. Para comenzar el experimento, primero seleccione una polilla de seda adulta de entre dos y ocho días de edad. Retire suavemente todas las escamas del mesonoto con un pañuelo de papel húmedo o un hisopo de algodón para exponer la cutícula.

Pega un adhesivo en la tira de plástico al final del accesorio. Luego, pegue un poco de adhesivo sobre la superficie del mesonoto expuesto, teniendo cuidado de no tocar la bisagra del ala o las tégulas del ala delantera. Espere de cinco a diez minutos hasta que el adhesivo ya no esté pegajoso.

Une el mesonoto de la polilla al accesorio. Mantenga la polilla atada anclando el accesorio a un soporte. Coloca un pedazo de papel debajo de las patas de la polilla para que descanse.

Lave la superficie de una bola de poliestireno expandido blanco con agua para eliminar cualquier posible señal olfativa o visual. Luego, encienda el ventilador que suministra aire a la caminadora. La pelota debe flotar aproximadamente dos milímetros por encima del fondo de la taza.

Con un tornillo, conecte el cable de cobre del accesorio de polilla al accesorio en la cabina del robot. Asegúrate de que la polilla esté colocada con el par de patas del medio en el centro de la bola. Mientras mantienes la altura de la pelota igual, ajusta la posición vertical del accesorio para permitir que la polilla camine normalmente sobre la pelota.

Si lo desea, realice la estimulación de feromonas sexuales a la polilla atada para verificar su comportamiento al caminar. Comprobar el comportamiento de caminar de una polilla atada es fundamental en la posición vertical adecuada de la polilla con su comportamiento irregular o el comportamiento de la lectura óptico-sensorial. Ambos afectan directamente al movimiento del robot resultante.

Encienda el aire de un túnel de viento de tipo aire de tracción y establezca la velocidad del viento en 0,7 metros por segundo. Asegúrese de que la temperatura esté por encima de los 20 grados centígrados. Coloque el odorante en el centro de la posición de viento cruzado y a 25 centímetros a sotavento de un panel de malla.

Encienda la placa del microcontrolador del robot y establezca una conexión en serie con una computadora a través de Bluetooth. Inicie la interfaz del programa BioSignal entre la computadora y el robot. Haga clic en el botón "Acerca del dispositivo" para confirmar la conexión enviando un comando al robot a través del puerto COM especificado y, a continuación, compruebe que el robot devuelve un mensaje.

Haga clic en el botón "borrar memoria" para eliminar cualquier dato de locomoción anterior en la memoria flash integrada. Luego, presione el botón drivemode1" para enviar las ganancias de motor predeterminadas al robot. Haga clic en no conducir"para enviar el comando al robot para que inmovilice hasta que comience el experimento.

Coloque el robot en la posición inicial a 60 centímetros aguas abajo de la fuente de olor. Encienda el interruptor de la placa del controlador del motor. A continuación, pulse el botón de grabación de la videocámara para iniciar la captura de vídeo.

Haga clic en el botón "Grabar inicio" para enviar un comando de inicio que iniciará el robot y simultáneamente comenzará a registrar la rotación de la bola a la memoria flash integrada. El robot debe comenzar a moverse y rastrear la columna de olor. Cuando el robot localice la fuente de olor o no la localice en cuatro minutos, haga clic en los botones de parada de grabación "y no conducir" para enviar comandos para detener tanto el robot como la grabación.

Por último, pulse el botón de grabación de la videocámara para detener la captura de vídeo. La velocidad de rotación y traslación del robot también se puede modificar para investigar las habilidades compensatorias del insecto. Para probar el efecto de las ganancias de motor asimétricas, primero defina las ganancias de rotación editando el archivo de parámetros en el editor de texto.

En el software BioSignal, haga clic en setparam2"para leer la configuración editada. Luego, haga clic en drivemode2"para enviar estas ganancias manipuladas al robot. Para manipular la entrada olfativa, cambie el espacio entre las puntas del tubo de succión.

O bien, invierta sus posiciones para alterar la concentración de olor entregada a cada antena. Finalmente, la entrada visual se puede modificar cubriendo el dosel con papel blanco para ocluir 150 grados y 90 grados del campo visual horizontal y vertical de la polilla a bordo, respectivamente. Aquí se muestra la comparación de los comportamientos de seguimiento de olores entre las polillas que caminan libremente y el robot controlado por insectos.

En las mismas circunstancias de olor, tanto las polillas caminantes como los robots obtuvieron tasas de éxito del 100%Aunque el robot exhibió trayectorias más amplias en comparación con la polilla caminante, no hubo diferencias significativas en el tiempo de localización del olor. El sistema de entrega de olor es necesario para suministrar el flujo de odorante a las antenas de la polilla elevada. Sin este sistema, el robot no podía orientarse hacia la fuente de olor y continuaba dando vueltas hasta que se detenía.

Se evaluó la efectividad de un aporte olfativo bilateral para el seguimiento de olores cambiando la posición de las puntas de los tubos. En comparación con el espacio de tubo ancho estándar de control, los robots se manipularon para que tuvieran un espacio de tubo estrecho, un espacio de tubo ancho invertido o una salida de motor invertida. El robot logró un éxito del 100% con ambas condiciones de ancho de espacio, sin diferencias significativas en el tiempo de localización.

Por el contrario, la inversión de las puntas de los tubos amplió las trayectorias y aumentó el tiempo de localización, aunque no de forma significativa. Finalmente, en la condición de motor invertido, los robots giraron en círculos continuamente, alargando significativamente el tiempo de localización. Una vez dominado, la implementación de una polilla de seda en la cabina bajada se puede realizar en diez minutos si se realiza correctamente.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar manipular suavemente la polilla de seda durante toda la operación para evitar daños innecesarios. Siguiendo este procedimiento, se puede realizar el experimento a largo plazo para responder preguntas adicionales sobre los mecanismos detrás de los comportamientos adaptativos, como si los insectos pueden aprender a pilotar el cuerpo robótico manipulado. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la neurociencia y la robótica exploraran los mecanismos de los comportamientos adaptativos y la aplicación al control de robots autónomos.