Robot Insecte contrôlée: Une plate-forme de robot mobile pour évaluer la capacité Odor-suivi d'un insecte

L’objectif global de cette expérience est d’évaluer la capacité de suivi des odeurs d’un insecte utilisé comme contrôleur d’un robot mobile. Cette méthode peut relever des défis clés dans le domaine biomédical, tels que l’utilisation des insectes dans la navigation biomimétique des robots mobiles. Le principal avantage de cette technique est que nous pouvons utiliser directement un insecte comme contrôleur d’un robot mobile et évaluer sa capacité à trouver une source d’odeur.

Les implications de cette technique s’étendent à la compréhension des mécanismes biologiques derrière d’autres comportements, car les chercheurs peuvent modifier la relation sensori-motrice d’un insecte embarqué par manipulation robotique. Pour commencer l’expérience, sélectionnez d’abord un papillon de soie adulte âgé de deux à huit jours. Retirez délicatement toutes les écailles du mésonotum à l’aide d’un morceau de tissu humide ou d’un coton-tige pour exposer la cuticule.

Collez un adhésif sur la bande de plastique à l’extrémité de l’attache. Ensuite, collez un peu d’adhésif sur la surface du mésonotum exposé, en prenant soin de ne pas toucher la charnière de l’aile ou les tegulae de l’aile antérieure. Attendez cinq à dix minutes jusqu’à ce que l’adhésif ne soit plus collant.

Collez le mésonotum du papillon à l’attachement. Gardez le papillon attaché en ancrant l’accessoire à un support. Placez un morceau de papier sous les pattes du papillon pour lui permettre de se reposer.

Lavez la surface d’une boule de polystyrène expansé blanche avec de l’eau pour éliminer tout repère olfactif ou visuel possible. Ensuite, allumez le ventilateur qui fournit de l’air au tapis roulant. La balle doit flotter à environ deux millimètres au-dessus du fond de la tasse.

À l’aide d’une vis, fixez le fil de cuivre de la fixation du papillon de nuit au dispositif dans le cockpit du robot. Assurez-vous que le papillon est positionné avec la paire de pattes du milieu au centre de la balle. Tout en gardant la même hauteur de la balle, ajustez la position verticale de l’accessoire pour permettre au papillon de marcher normalement sur la balle.

Si vous le souhaitez, effectuez une stimulation aux phéromones sexuelles sur le papillon de nuit attaché pour vérifier son comportement de marche. Vérifier le comportement de marche d’un papillon de nuit attaché est essentiel dans la position verticale appropriée du papillon avec son comportement irrégulier ou le comportement de la lecture optique-sensorielle. Les deux affectent directement le mouvement du robot qui en résulte.

Allumez l’air d’une soufflerie à air tracteur et réglez la vitesse du vent sur 0,7 mètre par seconde. Assurez-vous que la température est supérieure à 20 degrés Celsius. Placez l’odorisant au centre de la position vent de travers et à 25 centimètres sous le vent d’un panneau en maille.

Allumez la carte microcontrôleur du robot et établissez une connexion série à un ordinateur via Bluetooth. Lancez l’interface du programme BioSignal entre l’ordinateur et le robot. Cliquez sur le bouton « à propos de l’appareil » pour confirmer la connexion en envoyant une commande au robot via le port COM spécifié, puis vérifiez qu’un message est renvoyé par le robot.

Cliquez sur le bouton « Effacer la mémoire » pour supprimer toutes les données de locomotion précédentes dans la mémoire flash embarquée. Ensuite, appuyez sur le bouton drivemode1" pour envoyer les gains du moteur par défaut au robot. Cliquez sur ne pas conduire" pour envoyer la commande au robot de s’immobiliser jusqu’au début de l’expérience.

Placez le robot à la position de départ à 60 centimètres en aval de la source d’odeur. Allumez l’interrupteur de la carte de commande du moteur. Ensuite, appuyez sur le bouton d’enregistrement du caméscope pour commencer la capture vidéo.

Cliquez sur le bouton « enregistrer le démarrage » pour envoyer une commande de démarrage qui lancera le robot et commencera simultanément l’enregistrement de la rotation de la balle sur la mémoire flash intégrée. Le robot devrait commencer à se déplacer et à suivre le panache d’odeurs. Lorsque le robot localise la source d’odeur ou ne localise pas dans les quatre minutes, cliquez sur les boutons d’arrêt de l’enregistrement et de ne pas conduire pour envoyer des commandes d’arrêt du robot et de l’enregistrement.

Enfin, appuyez sur le bouton d’enregistrement du caméscope pour arrêter la capture vidéo. La vitesse de rotation et de translation du robot peut également être modifiée pour étudier les capacités compensatoires de l’insecte. Pour tester l’effet des gains de moteur asymétriques, définissez d’abord les gains de rotation en modifiant le fichier de paramètres dans l’éditeur de texte.

Dans le logiciel BioSignal, cliquez sur setparam2" pour lire la configuration modifiée. Ensuite, cliquez sur drivemode2" pour envoyer ces gains manipulés au robot. Pour manipuler l’entrée olfactive, modifiez l’espace entre les embouts du tube d’aspiration.

Ou, inversez leurs positions pour modifier la concentration d’odeurs délivrée à chaque antenne. Enfin, l’entrée visuelle peut être modifiée en recouvrant la canopée avec du papier blanc pour occlure respectivement 150 degrés et 90 degrés du champ visuel horizontal et vertical du papillon de nuit embarqué. La comparaison des comportements de suivi des odeurs entre les papillons de nuit qui marchent librement et le robot contrôlé par les insectes est présentée ici.

Dans les mêmes circonstances olfactives, les papillons de nuit et les robots ont obtenu des taux de réussite de 100 %Bien que le robot ait présenté des trajectoires plus larges par rapport au papillon de nuit, il n’y avait pas de différence significative dans le temps de localisation des odeurs. Le système de distribution d’odeurs est nécessaire pour fournir le flux d’odorant aux antennes du papillon de nuit élevé. Sans ce système, le robot ne pouvait pas s’orienter vers la source d’odeur et continuait à tourner en rond jusqu’à ce qu’il s’arrête.

L’efficacité d’une entrée olfactive bilatérale pour le suivi des odeurs a été évaluée en modifiant la position des pointes du tube. Par rapport à l’entrefer standard de contrôle, les robots ont été manipulés pour avoir soit un espace de tube étroit, soit un espace de tube large inversé, soit une sortie de moteur inversée. Le robot a obtenu un succès de 100 % dans les deux conditions de largeur d’écart, sans différence significative dans le temps de localisation.

À l’inverse, l’inversion des extrémités des tubes a élargi les trajectoires et augmenté le temps de localisation, mais pas de manière significative. Enfin, à l’état de moteur inversé, les robots tournaient en continu, ce qui allongeait considérablement le temps de localisation. Une fois maîtrisé, l’implantation d’un papillon de soie dans le cockpit abaissé peut se faire en une dizaine de minutes si elle est bien réalisée.

Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier de manipuler doucement la teigne tout au long de l’opération pour éviter des dommages inutiles. En suivant cette procédure, l’expérience à long terme peut être réalisée afin de répondre à des questions supplémentaires concernant les mécanismes derrière les comportements adaptatifs, par exemple si les insectes peuvent apprendre à piloter le corps robotique manipulé. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des neurosciences et de la robotique pour explorer les mécanismes des comportements adaptatifs et l’application au contrôle des robots autonomes.