רחפן גילוי ריח ביו-היברידי מבוסס אלקטרואנטנוגרפיה באמצעות אנטנות Silkmoth עבור לוקליזציה של מקור ריח
27 באוגוסט 2021
מחקר זה מציג פרוטוקולים ניסיוניים עבור מזל"ט גילוי ריח ביו-היברידי המבוסס על אנטנות משי. הפעלת מכשיר אלקטרואנטנוגרם ניסיוני עם אנטנות משי מוצגת, בנוסף למבנה של מזל"ט ביו-היברידי המיועד לוקליזציה של מקור ריח באמצעות אלגוריתם נחשול הספירלה.
הרחפן ההיברידי הביולוגי עם אנטנות משי יכול לעבוד עם כלי יעיל לזיהוי מולקולות ריח, ופלטפורמת טיסה מתאימה לפיתוח אלגוריתמים של לוקליזציה של מקור ריח. היתרון העיקרי הוא שלמל"ט ההיברידי היו יש הנחיית חיישן כלפי מקורות ריח, בגלל ציוד מארז החיישנים. התחל על ידי בידוד אנטנות עש משי באמצעות מספריים לאחר המוות ללא הרדמה.
חותכים את שני צידי אנטנות עש המשי המבודדות והשתמשו בג'ל מוליך חשמלי כדי לחבר אותם לאלקטרודות מצופות הכלוריד הכסוף והכסף של החלק החושי של האלקטרואנטנוגרפיה או התקן EAG. חבר את צינור הזכוכית המכיל בומביקול למערכת גירוי הריח, ומבטיח שהמשאבה כבר מופעלת. בנה את צינור הזכוכית כך שהקצה שלו יהיה במרחק של 10 מילימטרים מאנטנות פי המשי במכשיר EAG.
הגדר את לוח הפליטה בקוטר 60 מ"מ 30 מילימטרים מאחורי מכשיר EAG כדי לייצב את זרימת האוויר ולמנוע קיפאון פרומון. הפעל את התקן EAG ולאחר מכן הפעל את תוכנית רכישת הנתונים במחשב. לחץ על לחצן הקרקע בתפריט יומן הרישום כדי להחליט על מצב הניסוי ולאחר מכן לחץ על לחצן ההתחלה של יומן הרישום לרכישת נתונים. חמש שניות לאחר לחיצה על כפתור ההתחלה של יומן הרישום ליזום גירויי ריח.
לחץ על לחצן עצירת יומן הרישום בממשק המשתמש הגרפי, או ב- GUI, כדי להפסיק את ההקלטה. לבודד אנטנות עש משי באמצעות מספריים שלאחר המוות ולחתוך את שני צידי האנטנות. חבר את האנטנות המבודדות לאלקטרודות מצופות הכסף והכסף של החלק החושי של מכשיר EAG באמצעות ג'ל מוליך חשמלי.
חבר את צינור הזכוכית המכיל בומביקול למערכת גירוי הריח עם המשאבה כבר מופעלת. הגדר את צינור הזכוכית כך הצינור ואת הקצה שלה מקבילים לקצה השולחן ישירות מעליו, בהתאמה. הגדר את מחזור הדם כך שמרכז המאוורר הוא 15 ס"מ מקצה השולחן.
הגדר את מהירות הרוח של מחזור הדם לעוצמה אחת או מינימלית על-ידי לחיצה על הכפתור בקונסולה. תרכיב את מכשיר האיי.איי.איי על המזל"ט. חבר את המחשב לנקודת הגישה ל- Wi-Fi.
תדליק את מכשיר EAG ואת המזל"ט. הפעל את תוכנית בקרת המזל"ט במחשב. לאחר שהאור על המזל"ט מהבהב בצהוב, לחץ על לחצן הפקודה SDK בתפריט הפקודה ב- GUI של המחשב כדי לבצע את הפקודה ולאחר מכן לחץ על לחצן ההמראה ב- GUI כדי לרחף את הרחפן מעל הקרקע. לאחר לחיצה על לחצן הטיסה תפריט יומן הרישום, כדי להחליט על מצב הניסוי, לחץ על לחצן ההתחלה של יומן הרישום עבור רכישה זו.
לחץ על לחצן עצירת יומן הרישום ב- GUI כדי להפסיק את ההקלטה. הכנס את חלק החישה של התקן EAG למארז החיישן. הגדר את המרחק בין קצה האלקטרודות לקצה המתחם כ -10 מילימטרים.
מחובר לאנטנות המבודדות של עש המשי לאלקטרודות כפי שתואר קודם לכן ולהרכיב את מכשיר EAG עם סגירת החיישן על המזל"ט. רחף את המזל"ט כך שהוא מתחיל תנועה ציר כ 90 מעלות שמאלה וימינה. לעורר את מכשיר EAG על המזל"ט באמצעות טפטפות פולי המכילות בומביקול במהלך תנועות אלה.
נהלו את השלב הזה בסך הכל ארבע פעמים. נצפתה כי מכשיר EAG המוצע הגיב באופן פורה לגירוי הריח. הרחפן המצויד במכשיר EAG ריחף בגובה של 95 ס"מ מהרצפה ובמרחק של 90 ס"מ ממקור הריח.
האותות הטיפוסיים של מכשיר EAG וחיישן הגז על המזל"ט נרשמו. עבור הרחפן ללא מארז חיישנים, עוצמת האות ב-180 מעלות, כאשר הרחפן פונה לכיוון ההפוך ממקור הריח, הייתה גבוהה מדי פעם מזו באפס מעלות. עם זאת, עבור המזל"ט המצויד במתחם, עוצמת האות של EAG באפס מעלות הפכה גבוהה יותר מזו ב 180 מעלות.
התוצאות הצביעו על כך שהמל"ט זיהה בומביקול באוויר מחוץ למנהרת רוח וזיהה את כיוון פלומת הריח על ידי תנועות ציר. לוקליזציה של מקור ריח נערכה על סמך אלגוריתם חיפוש ספירלי זה באמצעות הרחפן ההיברידי הביולוגי. המסלול של המזל"ט, זוויות ההזעיה ואותות EAG במהלך לוקליזציה מקור הריח נרשמו לניתוח.
אותות EAG הראו כי זמן הזיהוי, כולל זמני התגובה וההתאוששות, של מכשיר EAG על המזל"ט היה בערך שנייה אחת. הפיתוח עם הרחפן ההיברידי הביולוגי סלל את הדרך לבניית פלטפורמה יעילה לזיהוי מולקולות ריח בתחום הביו-רובוטיקה ההיברידית.
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקולים ניסיוניים עבור מל"ט ביו-היברידי לזיהוי ריחות המשתמש באנטנות של עש משי. המחקר מפרט את פעולת מכשיר אלקטרו-אנטנוגרם ואת תכנון המל"ט לאיתור מקור ריחות.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- מדעי המוח
- רובוטיקה ביו-היברידי
רקע
- אנטנות של עש משי רגישות למולקולות ריח.
- אלקטרו-אנטנוגרפיה (EAG) היא טכניקה המשמשת למדידת התגובות של האנטנות האלו לריחות.
- מל"טים ביו-היברידי יכולים לשפר את יכולות זיהוי הריחות.
- איתור מקור ריחות חיוני ליישומים שונים, כולל ניטור סביבתי.
מטרת המחקר
- לפתח מל"ט ביו-היברידי שיכול לזהות ולאתר מקורות ריחות ביעילות.
- להדגים את הפונקציונליות של אנטנות עש משי בסביבה של מל"ט.
- להשתמש באלגוריתם ספירלה-גל לאיתור מקור ריחות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בידוד אנטנות עש משי וחיבורן למכשיר EAG.
- הקמת מערכת גירוי ריחות באמצעות bombykol.
- שילוב מכשיר EAG עם המל"ט לצורך רכישת נתונים.
- יישום אלגוריתם חיפוש ספירלי לאיתור ריחות.
תוצאות עיקריות
- מכשיר ה-EAG הגיב באופן אמין לגירוי ריחות.
- המל"ט זיהה bombykol וזיהה את כיוון מעטפת הריח.
- עוצמת האות השתנה בהתאם לנוכחות של מארז חיישן.
- זמן הזיהוי של מכשיר ה-EAG היה כשנייה אחת.
מסקנות
- המל"ט הביו-היברידי מייצג התקדמות משמעותית בטכנולוגיית איתור ריחות.
- מחקר זה סולל את הדרך ליישומים עתידיים ברובוטיקה ביו-היברידי.
- מחקרים נוספים יכולים לשפר את היעילות של אלגוריתמים לאיתור ריחות.
שאלות נפוצות
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
