냄새 소스 지역화하는 능력 벌레의 생존에 필요한 인공 냄새 추적에 적용될 것으로 기대된다. 곤충 제어 로봇은 실제 silkmoth에 의해 구동 로봇 플랫폼을 통해 곤충의 냄새 추적 능력을 평가하기 위해 우리가 할 수있다.
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냄새 소스 지역화하는 능력 벌레의 생존에 필요한 인공 냄새 추적에 적용될 것으로 기대된다. 곤충 제어 로봇은 실제 silkmoth에 의해 구동 로봇 플랫폼을 통해 곤충의 냄새 추적 능력을 평가하기 위해 우리가 할 수있다.
로봇 악취원 위치 파악은 어려운 영역이었으며 악취 발생원을 찾는 것이 유기체 생존에 필수적인 작업이기 때문에 생물학적 지식이 기여할 것으로 기대되는 영역이었습니다. 곤충은 냄새 추적과 관련하여 잘 연구된 유기체이며, 곤충의 행동 전략은 평가를 위해 모바일 로봇에 적용되었습니다. 이 "상향식" 접근 방식은 생체 모방 로봇을 개발하는 근본적인 방법입니다. 그러나 생물학적 분석과 행동 메커니즘의 모델링은 여전히 진행 중입니다. 따라서 이러한 생물학적 시스템이 실제로 로봇 플랫폼의 컨트롤러로 어떻게 작동하는지는 아직 알 수 없습니다. 이 질문에 답하기 위해 우리는 수컷 성인 누에나방(Bombyx mori)이 냄새 자극에 반응하여 로봇 자동차를 운전하는 곤충 제어 로봇을 개발했습니다. 이것은 미래의 곤충 모방 로봇의 원형으로 간주 될 수 있습니다. 로봇의 조종석에서는 밧줄로 묶인 누에나방이 공기가 지지되는 공 위를 걸었고 광학 센서가 공의 회전을 측정했습니다. 이러한 회전은 이륜 로봇의 움직임으로 변환되었습니다. 이 "하이브리드" 접근 방식의 장점은 실험자가 로봇의 모든 매개변수를 조작할 수 있어 곤충의 냄새 추적 기능을 평가할 수 있고 로봇 냄새 추적에 유용한 제안을 제공할 수 있다는 것입니다. 또한, 이러한 조작은 파일럿 곤충의 감각-운동 관계를 변경하는 비침습적 방법이며 적응 행동을 이해하는 데 유용한 기술이 될 것입니다.
냄새 발생원을 찾을 수 있는 자율 주행 로봇은 사회의 안전과 보안에 중요할 수 있습니다. 재난 피해자, 공항의 약물 또는 폭발 물질, 환경의 위험 물질 유출 또는 누출을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 현재 우리는 이러한 작업을 위해 잘 훈련된 동물(예: 개)에 전적으로 의존하고 있으며, 로봇 냄새 소스 위치 파악은 이러한 동물의 작업량을 덜어줄 것으로 강력하게 기대되고 있습니다. 악취 발생원을 찾는 것은 로봇에게 어려운 작업인데, 그 이유는 부취 물질이 대기1에서 간헐적으로 분포하기 때문입니다. 따라서 냄새 농도 구배의 연속 샘플링이 항상 가능한 것은 아닙니다. 따라서 간헐적인 냄새 단서를 사용하는 검색 전략은 로봇 냄새 소스 위치 파악2-4를 달성하는 데 필요합니다.
냄새 소스 위치 파악은 유기체의 생존에 필수적이며 먹이 찾기, 짝짓기 파트너 및 산란 장소와 같은 작업을 포함합니다. 고르지 않게 분포된 냄새 물질을 추적하는 데 어려움을 극복하기 위해 유기체는 두 가지 기본 행동, 즉 냄새 수용 중 상류로 이동과 냄새 수용 중단 중 교차 흐름으로 구성된 다양한 행동 전략을 발전시켰습니다5,6. 이러한 반응 전략은 곤충에서 잘 문서화되었으며 바람의 방향 및 시야5-8과 같은 다른 양식과 결합되었습니다. 곤충 행동 모델은 또한 로봇 공학3,9-11에 유용한 예였으며, 행동 알고리즘 또는 신경 회로 모델은 냄새 소스 위치 파악 능력10,12-15의 평가를 위해 모바일 로봇에 구현됩니다. 생체 모방 관점에서 볼 때 이러한 "상향식" 접근 방식은 확실히 생체 모방 로봇을 개발하는 근본적인 방법입니다. 그러나 상향식 접근 방식은 생물학적 분석이 여전히 진행 중이고 곤충 행동 뒤에 있는 감각 운동 시스템의 모델링이 완료되지 않았기 때문에 유용한 검색 전략을 얻는 지름길이 아닙니다. 따라서 이러한 생물학적 시스템이 실제로 로봇 플랫폼의 컨트롤러로 어떻게 작동하는지는 아직 알 수 없습니다.
이 기사에서는 생물학적 시스템16,17에 의해 제어되는 냄새 추적 모바일 로봇을 개발하기 위한 간단한 "하향식" 접근 방식의 프로토콜을 보여줍니다. 이 로봇은 실제 곤충에 의해 제어되며 미래 곤충 모방 로봇의 원형으로 간주 될 수 있습니다. 로봇의 조종석에서는 밧줄로 묶인 성체 수컷 누에나방(Bombyx mori)이 공기 흡입관을 통해 각 안테나로 전달되는 암컷 성 페로몬에 반응하여 공기가 지지되는 공 위를 걸었습니다. 탑재된 나방의 보행으로 인한 공 회전은 광학 센서에 의해 측정되었으며 이륜 로봇의 움직임으로 변환되었습니다. 이 "하이브리드" 접근 방식의 장점은 실험자가 파일럿 곤충이 로봇과 실제 냄새 환경 사이의 폐쇄 루프에 있는 로봇 플랫폼에서 곤충 감각 운동 시스템이 어떻게 작동하는지 조사할 수 있다는 것입니다. 로봇 하드웨어의 조작은 폐쇄 루프를 변경합니다. 따라서 곤충 제어 로봇은 엔지니어와 생물학자 모두에게 유용한 플랫폼입니다. 엔지니어링에서 로봇은 로봇 작업에 대한 요구 사항을 충족하기 위해 생물학적 모델을 적용하는 첫 번째 단계를 나타냅니다. 생물학에서 로봇은 폐쇄 루프 하에서 감각 운동 제어를 연구하기 위한 실험 플랫폼입니다.
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1. 실험 동물
2. Silkmoth을 테 더링
3. 곤충 제어 로봇
4. 냄새 자료 준비
참고 : 남성 B. 모리가 conspecific 여성 섹스 페로몬의 주요 요소에 민감한 (bombykol : (E, Z) -10,12가-hexadecadien -1- 올) 20입니다. bombykol와 실험 장비의 오염은 냄새 추적 행동을 이끌어와 나방의 응답에 영향을 미친다.
5. 냄새 소스 현지화 실험
곤충 제어 로봇의 6 조작
주 : 각 조작의 타이밍은 그림 9에 표시됩니다.
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우리는 여기서 악취 소스의 성공적인 위치 파악에 필요한 제어 곤충 로봇의 기본 특성을 제시한다. 로봇과 silkmoths, 악취 전달 시스템의 효율성 및 정확성 양자 후각 시각적 입력의 의미의 비교 검사한다.
자유롭게 산책 나방과 곤충 제어 로봇 사이의 냄새 추적 행동의 비교는 그림 10A와 B에 표시됩니다. 같은 냄새 상황에서 도보 나방과 로봇 모두 100 %의 성공률 (, 로봇, N = 7 나방 7 시험 산책 나방, N = 10 나방 10 시험)을 얻었습니다. 로봇이 보행 나방에 비해 넓은 궤적을 나타내더라도, 보행 나방과 로봇 사이의 위치 파악의 시간에서 유의 한 차이 (P가 없었다2; 0.05, 윌 콕슨 순위 합 테스트; 나방, 중앙값 = 46....
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silkmoth 의해 로봇의 성공적인 제어하는 가장 중요한 포인트는 방 공기지지 공 매끄럽게 걸어시키는하고 안정적 공의 회전을 측정. 따라서, silkmoth을 테 더링하고 적절한 위치에서 공을 설치하면이 프로토콜의 중요한 단계입니다. 첨부 파일 또는 공 나방의 부적절한 위치에 나방의 부적절한 유착은 정상 보행 동작을 교란 및 / 또는 볼의 회전을 측정하는 광 센서의 고장 원인이 거기에 자연스러운 압력을 발생합니다. 폴리스티렌 볼을 거칠게하여 미끄러지는 방을 방지하는 것도 중요하다. 응답에 닿는 나방의 운동은 자극을 악취하고 이후 로봇의 움직임은 조심스럽게 냄새 추적 검사 (단계 3.6 참조)하기 전에 확인해야합니다.
그것은 거의 제공 트레드밀의 곡률을 감소하기 때문에 더 큰 공을 사용하면 좋다곤충의 다리에 대한 평면. 여기에서 사용 된 50 mm 직경 공 silkmoths 종래 디딜 설정에 사용 된 것과 비교하여 상대적으로 작은 (직경 : 75 mm) 24....
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저자는 공개할 것이 없습니다.
정제된 봄비콜을 제공해 주신 마쓰야마 시게루에게 감사드립니다. 이 연구는 일본과학진흥회(Japan Society for the Promotion of Science) KAKENHI(보조금 번호 22700197 및 24650090)와 휴먼 프론티어 사이언스 프로그램(Human Frontier Science Program, HFSP)의 지원을 받았습니다.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 수컷 성인 누에나방(Bombyx mori) | 알에서 기르거나 번데기로 구입합니다. | ||
| 인큐베이터 | Panasonic | MIR-254 | 번데기 또는 성인 누에나방을 238L의 일정한 온도에서 보관하십시오. |
| 플라스틱 상자 | Sunplatec | O-3 | Store 번데기 또는 성인 누에나방, 299 × 224 × 62 mm L × W &타임스; 아. |
| 구리선 | . 모든 단단한 막대는 누에나방을 묶기 위한 부착물을 만들기 위한 대안으로 사용할 수 있습니다. | ||
| 플라스틱 시트 | Kokuyo | VF-1420N | 0.1mm 두께의 오버헤드 프로젝터 필름으로 판매됩니다. 부착물 끝에 사용하십시오. |
| 집게 | : 하나의 | 5SA | 흉부의 비늘을 제거합니다. |
| 접착제 | Konishi | G17 | 부착물에 누에나방을 접착합니다. |
| 곤충 제어 로봇 | 맞춤형 | 베어링 공기 지지 트레드밀, 광학 센서, 맞춤형 AVR 기반 마이크로컨트롤러 보드 및 2개의 DC 브러시리스 모터. 그것은 8 ×에 의해 구동됩니다; AA 및 3 × 006P 배터리. | |
| 마이크로컨트롤러 | 아트멜(Atmel | ATMEGA8 | 곤충 조종 로봇의 구성 요소. |
| DC 블로워 | Nidec | A34342-55 | 공기 지원 트레드밀에서 공을 띄우는 곤충 제어 로봇의 구성 요소. |
| DC 팬 | Minebea | 1606KL-04W-B50 | 냄새가 나는 공기를 흡입하기 위한 곤충 제어 로봇의 구성 요소입니다. |
| 광마우스 센서 | Agilent technologies | HDNS-2000 | 광마우스(M-GUWSRSV, Elecom, Japan)에서 얻은 곤충 제어 로봇의 구성 요소. |
| 브러시리스 모터 | Maxon | EC-45 | 바퀴를 구동하는 곤충 제어 로봇의 구성 요소입니다. |
| 백색 폴리스티렌 볼 | 곤충 제어 로봇의 구성 요소. 직경 50mm, 질량 약 2g. | ||
| Bombykol : (E, Z) -10,12- 헥사 데카디엔 -1- 올 | Shin-Etsu 화학 | 사용자 정의 합성. | |
| n-헥산 | Wako | 085-00416 | 봄비콜용 용제. |
| 풍동 | 사용자 정의 | 풀링 에어 유형, 크기 1,800 × 900 × 300 mm L × W &타임스; 아. | |
| 생체신호 프로그램 | 커스텀 | 블루투스를 통해 곤충 제어 로봇과 PC를 시리얼 통신하는 프로그램. 로봇을 시작/정지하기 위한 명령을 전송하거나 모터의 속성을 구성하는 데 사용됩니다. | |
| 캠코더 | Sony | HDR-XR520V | 로봇의 움직임을 캡처합니다. |
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