Robot sterowany przez owady: mobilna platforma robota do oceny zdolności owadów do śledzenia zapachów

Ogólnym celem tego eksperymentu jest ocena zdolności owadów do śledzenia zapachów używanych jako kontroler robota mobilnego. Metoda ta może rozwiązać kluczowe wyzwania w dziedzinie biomedycyny, takie jak wykorzystanie owadów w biomimetycznej nawigacji robotów mobilnych. Główną zaletą tej techniki jest to, że możemy bezpośrednio wykorzystać owada jako kontrolera robota mobilnego i ocenić jego zdolność do znalezienia źródła zapachu.

Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku zrozumienia mechanizmów biologicznych stojących za innymi zachowaniami, ponieważ badacze mogą zmienić relację czuciowo-motoryczną owada pokładowego poprzez manipulację robotyczną. Aby rozpocząć eksperyment, najpierw wybierz dorosłego jedwabnika w wieku od dwóch do ośmiu dni. Delikatnie usuń wszystkie łuski z mesonoka za pomocą kawałka mokrej chusteczki lub bawełnianego wacika, aby odsłonić naskórek.

Wklej klej na pasek plastiku na końcu nasadki. Następnie wklej trochę kleju na powierzchnię odsłoniętego mesonotum, uważając, aby nie dotknąć zawiasu skrzydła ani tegulae przedniego skrzydła. Odczekaj od pięciu do dziesięciu minut, aż klej przestanie być lepki.

Przymocuj mesonotum do przyczepu. Utrzymuj na uwięzi, zakotwiczając nasadkę do stojaka. Umieść kawałek papieru pod nogami, aby mógł odpocząć.

Umyj powierzchnię białej, spienionej kulki polistyrenowej wodą, aby usunąć wszelkie możliwe sygnały węchowe lub wizualne. Następnie włącz wentylator, który dostarcza powietrze do bieżni. Kulka powinna unosić się około dwóch milimetrów nad dnem kubka.

Za pomocą przymocuj miedziany drut mocowania mola do uchwytu w kokpicie robota. Upewnij się, że jest umieszczona tak, aby środkowa para nóg znajdowała się na środku piłki. Utrzymując tę samą wysokość piłki, wyreguluj pionowe położenie nasadki, aby mogła normalnie chodzić po piłce.

W razie potrzeby wykonaj stymulację feromonami płciowymi na uwięzi, aby sprawdzić jej zachowanie podczas chodzenia. Sprawdzenie zachowania momy na uwięzi podczas chodzenia ma kluczowe znaczenie w odpowiedniej pozycji pionowej z jej nieregularnym zachowaniem lub zachowaniem odczytu wzrokowo-sensorycznego. Oba te czynniki mają bezpośredni wpływ na wynikający z tego ruch robota.

Włącz powietrze w tunelu aerodynamicznym z powietrzem ciągnącym i ustaw prędkość wiatru na 0,7 metra na sekundę. Upewnij się, że temperatura przekracza 20 stopni Celsjusza. Ustaw nawaniacz w środku pozycji bocznego wiatru i 25 centymetrów z wiatrem od panelu siatkowego.

Włącz płytkę mikrokontrolera robota i nawiąż połączenie szeregowe z komputerem przez Bluetooth. Uruchom interfejs programu BioSignal między komputerem a robotem. Kliknij na o urządzeniu"przycisk, aby potwierdzić połączenie, wysyłając polecenie do robota przez określony port COM, a następnie sprawdź, czy został zwrócony komunikat z robota.

Kliknij przycisk kasowania pamięci, aby usunąć wszelkie poprzednie dane dotyczące lokomocji z wbudowanej pamięci flash. Następnie naciśnij przycisk drivemode1", aby wysłać domyślne wzmocnienie silnika do robota. Kliknij nie jedź"aby wysłać polecenie do robota, aby unieruchomił się do czasu rozpoczęcia eksperymentu.

Ustaw robota w pozycji startowej 60 centymetrów w dół od źródła zapachu. Włącz przełącznik na płycie sterownika silnika. Następnie naciśnij przycisk nagrywania na kamerze, aby rozpocząć nagrywanie wideo.

Kliknij przycisk rozpoczęcia nagrywania, aby wysłać polecenie startowe, które zainicjuje robota i jednocześnie rozpocznie nagrywanie obrotu piłki do wbudowanej pamięci flash. Robot powinien zacząć się poruszać i śledzić pióropusz zapachu. Gdy robot zlokalizuje źródło zapachu lub nie zlokalizuje się w ciągu czterech minut, kliknij przycisk zatrzymania nagrywania"i nie jedź"przyciski, aby wysłać polecenia zatrzymania zarówno robota, jak i nagrywania.

Na koniec naciśnij przycisk nagrywania kamery, aby zatrzymać nagrywanie wideo. Prędkość obrotowa i translacyjna robota może być również modyfikowana w celu zbadania zdolności kompensacyjnych owada. Aby przetestować wpływ asymetrycznych wzmocnień silnika, najpierw zdefiniuj wzmocnienia obrotowe, edytując plik parametrów w edytorze tekstu.

W oprogramowaniu BioSignal kliknij na setparam2", aby odczytać edytowaną konfigurację. Następnie kliknij drivemode2", aby wysłać te zmanipulowane zyski do robota. Aby manipulować bodźcem węchowym, zmień szczelinę między końcówkami rurki ssącej.

Lub odwróć ich położenie, aby zmienić stężenie zapachu dostarczanego do każdej anteny. Wreszcie, dane wejściowe wizualne można zmodyfikować, pokrywając baldachim białym papierem, aby zasłaniać odpowiednio 150 stopni i 90 stopni poziomego i pionowego pola widzenia pokładowej. Porównanie zachowań związanych ze śledzeniem zapachów między swobodnie chodzącymi a robotem sterowanym przez owady jest pokazane tutaj.

W tych samych okolicznościach zapachowych zarówno chodzące, jak i roboty osiągnęły wskaźniki sukcesu na poziomie 100%Chociaż robot wykazywał szersze trajektorie w porównaniu z chodzącą, nie było znaczącej różnicy w czasie do lokalizacji zapachu. System dostarczania zapachów jest niezbędny do dostarczania przepływu odorantu do czułków uniesionej. Bez tego systemu robot nie mógł zorientować się w kierunku źródła zapachu i kontynuował krążenie, aż się zatrzymał.

Skuteczność obustronnego bodźca węchowego do śledzenia zapachu oceniono poprzez zmianę położenia końcówek rurek. W porównaniu ze standardową szczeliną między rurami sterującymi, roboty zostały zmodyfikowane tak, aby miały albo wąską szczelinę rurową, odwróconą szczelinę rurową, albo odwróconą moc wyjściową silnika. Robot osiągnął 100% sukces w obu warunkach szerokości szczeliny, bez znaczącej różnicy w czasie do lokalizacji.

I odwrotnie, odwrócenie końcówek rur poszerzyło trajektorie i wydłużyło czas do lokalizacji, choć nie znacząco. Wreszcie, w stanie odwróconego silnika, roboty krążyły w sposób ciągły, co znacznie wydłużyło czas do lokalizacji. Po opanowaniu, wdrożenie jedwabnej do opuszczonego kokpitu można wykonać w ciągu dziesięciu minut, jeśli zostanie wykonane prawidłowo.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o delikatnym obchodzeniu się z jedwabną przez cały czas trwania operacji, aby uniknąć niepotrzebnych uszkodzeń. Zgodnie z tą procedurą, długotrwały eksperyment może zostać przeprowadzony w celu uzyskania odpowiedzi na dodatkowe pytania dotyczące mechanizmów stojących za zachowaniami adaptacyjnymi, takimi jak to, czy owady mogą nauczyć się pilotować manipulowane ciało robota. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny neuronauki i robotyki do zbadania mechanizmów zachowań adaptacyjnych i zastosowania do sterowania autonomicznymi robotami.