곤충 제어 로봇 : 이동 로봇 플랫폼은 곤충의 냄새 추적 능력을 평가하는

이 실험의 전반적인 목표는 모바일 로봇의 컨트롤러로 사용되는 곤충의 냄새 추적 능력을 평가하는 것입니다. 이 방법은 생체 모방 모바일 로봇 탐색에 곤충을 활용하는 방법과 같은 생체 의학 분야의 주요 과제를 해결할 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 곤충을 모바일 로봇의 컨트롤러로 직접 사용하고 냄새 소스를 찾는 능력을 평가할 수 있다는 것입니다.

이 기술의 의미는 연구자가 로봇 조작을 통해 온보드 곤충의 감각-운동 관계를 변경할 수 있기 때문에 다른 행동 뒤에 있는 생물학적 메커니즘을 이해하는 데로 확장됩니다. 실험을 시작하려면 먼저 2일에서 8일 사이에 태어난 성인 누에나방을 선택합니다. 젖은 티슈나 면봉을 사용하여 큐티클을 노출시키기 위해 중막의 모든 비늘을 부드럽게 제거합니다.

부착물 끝에 있는 플라스틱 스트립에 접착제를 붙입니다. 그런 다음 날개 경첩이나 앞날개 tegulae를 만지지 않도록 주의하면서 노출된 중막의 표면에 접착제를 약간 붙입니다. 접착제가 더 이상 끈적거리지 않을 때까지 5-10분 동안 기다립니다.

나방의 mesonotum을 부착물에 결합하십시오. 부착물을 스탠드에 고정하여 나방을 묶어 두십시오. 나방의 다리 아래에 종이 한 장을 놓아 나방이 쉴 수 있도록 합니다.

하얗고 팽창된 폴리스티렌 볼의 표면을 물로 씻어 가능한 모든 후각 또는 시각적 신호를 제거합니다. 그런 다음 트레드밀에 공기를 공급하는 팬을 켭니다. 볼은 컵 바닥에서 약 2mm 위에 떠 있어야 합니다.

나사를 사용하여 나방 부착물의 구리선을 로봇 조종석의 고정 장치에 부착하십시오. 나방이 가운데 다리 쌍이 공 중앙에 위치하도록 하십시오. 공의 높이를 동일하게 유지하면서 나방이 공 위를 정상적으로 걸을 수 있도록 부착물의 수직 위치를 조정합니다.

원하는 경우 묶인 나방에게 섹스 페로몬 자극을 수행하여 걷는 행동을 확인합니다. 밧줄에 묶인 나방의 보행 행동을 확인하는 것은 불규칙한 행동 또는 광학 감각 판독 행동과 함께 나방의 적절한 수직 위치에서 매우 중요합니다. 둘 다 결과적으로 로봇의 움직임에 직접적인 영향을 미칩니다.

풀링 에어형 풍동의 공기를 켜고 풍속을 초당 0.7미터로 설정합니다. 온도가 섭씨 20도 이상인지 확인하십시오. 냄새 유발제를 측풍 위치의 중앙에 놓고 메쉬 패널에서 바람이 부는 방향으로 25cm 떨어진 곳에 놓습니다.

로봇의 마이크로 컨트롤러 보드를 켜고 Bluetooth를 통해 컴퓨터에 직렬 연결을 설정합니다. 컴퓨터와 로봇 간의 BioSignal 프로그램 인터페이스를 시작합니다. 장치 정보" 버튼을 클릭하여 지정된 COM 포트를 통해 로봇에 명령을 보내 연결을 확인한 다음 로봇에서 메시지가 반환되는지 확인합니다.

메모리 지우기" 버튼을 클릭하여 온보드 플래시 메모리에서 이전 운동 데이터를 제거합니다. 그런 다음 drivemode1" 버튼을 눌러 기본 모터 게인을 로봇으로 보냅니다. "운전하지 마십시오"를 클릭하여 실험이 시작될 때까지 로봇을 움직이지 못하게 하라는 명령을 보냅니다.

악취 발생원에서 60cm 하류의 시작 위치에 로봇을 배치합니다. 모터 드라이버 보드의 스위치를 켭니다. 그런 다음 캠코더의 녹화 버튼을 눌러 비디오 캡처를 시작합니다.

기록 시작" 버튼을 클릭하면 로봇을 시작하는 동시에 볼 회전 기록을 온보드 플래시 메모리에 시작하는 시작 명령을 보낼 수 있습니다. 로봇이 움직이기 시작하고 냄새 기둥을 추적해야 합니다. 로봇이 냄새 원인을 파악하거나 4분 이내에 위치를 파악하지 못하면 기록 중지 "및 운전 금지" 버튼을 클릭하여 로봇과 녹음을 모두 중지하라는 명령을 보냅니다.

마지막으로 캠코더의 녹화 버튼을 눌러 비디오 캡처를 중지합니다. 로봇의 회전 및 평행 이동 속도도 수정하여 곤충의 보상 기술을 조사할 수 있습니다. 비대칭 모터 게인의 효과를 테스트하려면 먼저 텍스트 편집기에서 매개변수 파일을 편집하여 회전 게인을 정의합니다.

BioSignal 소프트웨어에서 setparam2"를 클릭하여 편집된 구성을 읽습니다. 그런 다음 drivemode2"를 클릭하여 이러한 조작된 게인을 로봇으로 보냅니다. 후각 입력을 조작하려면 흡입 튜브 팁 사이의 간격을 변경하십시오.

또는 위치를 반전시켜 각 안테나에 전달되는 냄새 농도를 변경합니다. 마지막으로, 시각적 입력은 흰 종이로 캐노피를 덮어 온보드 나방의 수평 및 수직 시야를 각각 150도 및 90도로 가림으로써 수정할 수 있습니다. 자유롭게 걷는 나방과 곤충 제어 로봇 사이의 냄새 추적 행동의 비교가 여기에 나와 있습니다.

동일한 냄새 환경에서 걷는 나방과 로봇 모두 100%의 성공률을 기록했습니다.로봇은 걷는 나방에 비해 더 넓은 궤적을 보였지만 냄새 국소화에 대한 시간에는 큰 차이가 없었습니다. 냄새 전달 시스템은 상승된 나방의 더듬이에 냄새 흐름을 공급하는 데 필요합니다. 이 시스템이 없으면 로봇은 냄새 소스를 향할 수 없고 멈출 때까지 계속 선회할 수 있습니다.

냄새 추적을 위한 양측 후각 입력의 효과는 튜브 팁의 위치를 변경하여 평가되었습니다. 제어 표준 와이드 튜브 갭과 비교하여 로봇은 좁은 튜브 갭, 반전된 넓은 튜브 갭 또는 반전된 모터 출력을 갖도록 조작되었습니다. 이 로봇은 두 가지 갭 폭 조건에서 모두 100%의 성공을 거두었으며 위치 파악 시간에는 큰 차이가 없었습니다.

반대로, 튜브 팁의 반전은 궤적을 넓히고 국소화 시간을 증가시켰지만, 유의하지는 않았습니다. 마지막으로, 역 모터 상태에서 로봇은 계속 원을 그리며 위치를 파악하는 데 걸리는 시간을 크게 연장했습니다. 일단 숙달되면, 낮아진 조종석에 누에나방을 구현하는 것은 제대로 수행된다면 10분 이내에 완료될 수 있습니다.

이 절차를 시도하는 동안 불필요한 손상을 방지하기 위해 작업 전반에 걸쳐 누에를 부드럽게 다루는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 이 절차에 따라 곤충이 조작된 로봇 신체를 조종하는 방법을 배울 수 있는지 여부와 같은 적응 행동의 메커니즘에 관한 추가 질문에 답하기 위해 장시간 실험을 수행할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 신경 과학 및 로봇 공학 분야의 연구자들이 적응 행동의 메커니즘과 자율 로봇 제어에 대한 적용을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.