昆虫制御のロボット：移動ロボットプラットフォーム昆虫の匂い追跡能力を評価します

この実験の全体的な目標は、移動ロボットのコントローラーとして使用される昆虫の匂い追跡能力を評価することです。この方法は、バイオミメティックモバイルロボットのナビゲーションで昆虫をどのように活用するかなど、バイオメディック分野の主要な課題に対処できます。この技術の主な利点は、昆虫を移動ロボットのコントローラーとして直接使用し、その臭気源を見つける能力を評価できることです。

この手法の意味するところは、研究者がロボット操作によって搭載された昆虫の感覚運動関係を変えることができるため、他の行動の背後にある生物学的メカニズムの理解にまで及びます。実験を開始するには、まず2日から8日齢の成体カイコを選択します。湿ったティッシュまたは綿棒を使用して、キューティクルを露出させるために、メソノタムのすべての鱗をそっと取り除きます。

アタッチメントの端にあるプラスチックのストリップに接着剤を貼り付けます。次に、露出したメソノタムの表面に接着剤を貼り付け、翼のヒンジや前翅のテグラに触れないように注意してください。接着剤がべたつかなくなるまで5〜10分待ちます。

蛾の中鼻をアタッチメントに接着します。アタッチメントをスタンドに固定して、蛾をつなぎとめておきます。蛾の足の下に紙を置いて休ませます。

白い発泡スチロールボールの表面を水で洗い、嗅覚や視覚的な手がかりを取り除きます。次に、トレッドミルに空気を供給するファンをオンにします。ボールはカップの底から約2ミリメートル上に浮く必要があります。

ネジを使用して、蛾アタッチメントの銅線をロボットのコックピット内の固定具に取り付けます。蛾が中央の脚のペアがボールの中央に配置されていることを確認してください。ボールの高さを同じに保ちながら、アタッチメントの垂直位置を調整して、蛾がボールの上を正常に歩くことができるようにします。

必要に応じて、つながれた蛾に性フェロモン刺激を行い、歩行行動を確認します。つながれた蛾の歩行行動を確認することは、蛾の不規則な行動や光学感覚読み取りの行動を伴う蛾の適切な垂直位置で重要です。どちらも、結果として生じるロボットの動きに直接影響します。

引っ張り式風洞の空気をONにし、風速を秒速0.7メートルに設定します。温度が摂氏20度を超えていることを確認してください。ニオイ物質を横風位置の中央にセットし、メッシュパネルから風下25センチ

ロボットのマイクロコントローラーボードの電源を入れ、Bluetooth経由でコンピューターへのシリアル接続を確立します。コンピューターとロボットの間のBioSignalプログラムインターフェースを起動します。「デバイスについて」ボタンをクリックして、指定したCOMポートを介してロボットにコマンドを送信して接続を確認し、ロボットからメッセージが返されることを確認します。

「メモリ消去」ボタンをクリックして、オンボードフラッシュメモリ内の以前の移動データをすべて削除します。次に、drivemode1」ボタンを押して、デフォルトのモーターゲインをロボットに送信します。「運転しないでください」をクリックして、実験が始まるまでロボットにコマンドを送信して動けなくします。

臭気源から60センチ下流の開始位置にロボットを配置します。モータードライバーボードのスイッチをオンにします。次に、ビデオカメラの録画ボタンを押して、ビデオキャプチャを開始します。

「記録開始」ボタンをクリックすると、ロボットを開始すると同時に、ボールの回転の記録をオンボードフラッシュメモリに開始する開始コマンドが送信されます。ロボットは動き始め、臭気プルームを追跡します。ロボットが臭気源を特定した場合、または4分以内に特定しない場合は、「録画停止」および「運転しない」ボタンをクリックして、ロボットと録音の両方を停止するコマンドを送信します。

最後に、ビデオカメラの録画ボタンを押して、ビデオキャプチャを停止します。ロボットの回転速度と並進速度を変更して、昆虫の代償スキルを調査することもできます。非対称モーター ゲインの効果をテストするには、まずテキスト エディターでパラメーター ファイルを編集して回転ゲインを定義します。

BioSignalソフトウェアで、「setparam2」をクリックして、編集した設定を読み取ります。次に、drivemode2」をクリックして、これらの操作されたゲインをロボットに送信します。嗅覚入力を操作するには、吸引チューブの先端の間のギャップを変更します。

または、位置を反転させて、各アンテナに配信される臭気濃度を変更します。最後に、キャノピーを白い紙で覆って、搭載された蛾の水平視野と垂直視野をそれぞれ150度と90度遮蔽することにより、視覚入力を変更できます。ここでは、自由に歩く蛾と昆虫制御ロボットの匂い追跡行動の比較を示します。

同じ匂いの状況下で、歩く蛾とロボットの両方が100%の成功率を記録しましたロボットは歩く蛾と比較してより広い軌道を示しましたが、匂いの局在化までの時間に大きな違いはありませんでした。匂い送達システムは、高架蛾のアンテナに臭気の流れを供給するために必要です。このシステムがないと、ロボットは臭気源に向きを変えることができず、匂いが止まるまで旋回を続けていました。

匂い追跡のための両側の嗅覚入力の有効性は、チューブの先端の位置を変更することによって評価されました。制御規格のワイドチューブギャップと比較して、ロボットは狭いチューブギャップ、逆ワイドチューブギャップ、または逆モーター出力のいずれかを持つように操作されました。このロボットは、両方のギャップ幅条件で100%の成功を達成し、位置推定までの時間に大きな差はありませんでした。

逆に、チューブ先端の反転は軌道を広げ、位置特定までの時間を増加させましたが、それほど大きくはありませんでした。最後に、倒立モーター状態では、ロボットは連続的に旋回し、位置推定までの時間が大幅に長くなりました。一度習得すれば、下げられたコックピットへのカイコブの実装は、適切に実行されれば10分以内に行うことができます。

この手順を試みるときは、不必要な損傷を避けるために、操作全体を通してカイコを優しく扱うことを忘れないでください。この手順に続いて、昆虫が操作されたロボット本体を操縦することを学ぶことができるかどうかなど、適応行動の背後にあるメカニズムに関する追加の質問に答えるために、長期にわたる実験を行うことができます。この技術は、その開発後、神経科学とロボット工学の分野の研究者が適応行動のメカニズムと自律型ロボットの制御への応用を探求する道を開きました。