$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Autonomiczne roboty zdolne do znalezienia źródła zapachu mogą być ważne dla bezpieczeństwa społeczeństwa. Mogą być wykorzystywane do wykrywania ofiar klęsk żywiołowych, narkotyków lub materiałów wybuchowych na lotnisku oraz wycieków lub wycieków materiałów niebezpiecznych do środowiska. Obecnie polegamy całkowicie na dobrze wyszkolonych zwierzętach (np. psach) do tych zadań, a zrobotyzowana lokalizacja źródeł zapachów jest mocno oczekiwana, że odciąży te zwierzęta. Znalezienie źródła zapachów jest trudnym zadaniem dla robotów, ponieważ substancje zapachowe są rozprowadzane w atmosferze z przerwami1; W związku z tym ciągłe pobieranie próbek gradientu stężenia zapachu nie zawsze jest możliwe. W związku z tym strategia wyszukiwania wykorzystująca przerywane sygnały zapachowe jest niezbędna do osiągnięcia zrobotyzowanej lokalizacji źródła zapachów2-4.
Lokalizacja źródła zapachu jest niezbędna do przetrwania organizmu i obejmuje takie zadania, jak znajdowanie pożywienia, partnerów do krycia i miejsc do składania jaj. Aby przezwyciężyć trudności w śledzeniu niejednolicie rozmieszczonych substancji zapachowych, organizmy wyewoluowały różne strategie behawioralne składające się z dwóch podstawowych zachowań: przemieszczania się w górę strumienia podczas odbioru zapachu i strumienia krzyżowego podczas ustania odbioru zapachu5,6. Te strategie reaktywne zostały dobrze udokumentowane u owadów i dalej łączone z innymi modalnościami, takimi jak kierunek wiatru i widzenie5-8. Modele behawioralne owadów były również użytecznymi przykładami dla robotyki3,9-11, w której algorytmy behawioralne lub modele obwodów neuronowych są implementowane w robotach mobilnych w celu oceny zdolności lokalizacji źródła zapachów10,12-15. Z perspektywy biomimetycznej to "oddolne" podejście jest z pewnością podstawowym sposobem rozwoju robotów biomimetycznych. Podejście oddolne nie jest jednak drogą na skróty do uzyskania użytecznej strategii poszukiwań, ponieważ analizy biologiczne wciąż trwają, a modelowanie systemów czuciowo-motorycznych stojących za zachowaniami owadów nie zostało zakończone. W związku z tym nadal nie wiadomo, w jaki sposób taki system biologiczny faktycznie działa jako kontroler platformy robotycznej.
W tym artykule demonstrujemy protokół prostego podejścia "od góry do dołu" w celu opracowania mobilnego robota śledzącego zapachy, kontrolowanego przez system biologiczny16,17. Robot jest sterowany przez prawdziwego owada i może być uważany za prototyp przyszłych robotów naśladujących owady. W kokpicie robota uwiązany dorosły samiec jedwabnej (Bombyx mori) chodził po piłce podtrzymywanej powietrzem w odpowiedzi na żeński feromon płciowy, który był dostarczany do każdej anteny przez rurki ssące powietrze. Obroty piłki spowodowane chodzeniem pokładowej były mierzone przez czujnik optyczny i przekładały się na ruch dwukołowego robota. Zaletą tego "hybrydowego" podejścia jest to, że eksperymentatorzy mogą zbadać, jak działa system czuciowo-motoryczny owadów na platformie robotycznej, na której owad pilotujący znajduje się w zamkniętej pętli między robotem a rzeczywistymi okolicznościami zapachowymi. Manipulacja sprzętem robota zmienia zamkniętą pętlę; Dlatego robot sterowany przez owady jest przydatną platformą zarówno dla inżynierów, jak i biologów. Dla inżynierii robot stanowi pierwszy krok w zastosowaniu modelu biologicznego w celu spełnienia wymagań dotyczących zadań robotycznych. Dla biologii robot jest eksperymentalną platformą do badania kontroli sensacyjno-motorycznej w zamkniętej pętli.