Robô controlado por insetos: uma plataforma móvel Robot avaliar a capacidade Odor-tracking de um inseto

O objetivo geral deste experimento é avaliar a capacidade de rastreamento de odor de um inseto usado como controlador de um robô móvel. Este método pode abordar os principais desafios no campo biomédico, como a utilização de insetos na navegação biomimética de robôs móveis. A principal vantagem dessa técnica é que podemos usar diretamente um inseto como controlador de um robô móvel e avaliar sua capacidade de encontrar uma fonte de odor.

As implicações dessa técnica se estendem à compreensão dos mecanismos biológicos por trás de outros comportamentos, porque os investigadores podem alterar a relação sensório-motora de um inseto a bordo por manipulação robótica. Para iniciar o experimento, primeiro selecione uma mariposa adulta com idade entre dois e oito dias. Remova suavemente todas as escamas do mesonotum usando um pedaço de tecido úmido ou cotonete para expor a cutícula.

Cole um adesivo na tira de plástico no final do acessório. Em seguida, cole um pouco de adesivo na superfície do mesonotum exposto, tomando cuidado para não tocar na dobradiça da asa ou na tégula da asa anterior. Aguarde de cinco a dez minutos até que o adesivo não fique mais pegajoso.

Cole o mesonotum da mariposa ao acessório. Mantenha a mariposa amarrada ancorando o acessório a um suporte. Coloque um pedaço de papel sob as pernas da mariposa para deixá-la descansar.

Lave a superfície de uma bola branca de poliestireno expandido com água para remover quaisquer possíveis pistas olfativas ou visuais. Em seguida, ligue o ventilador que fornece ar para a esteira. A bola deve flutuar aproximadamente dois milímetros acima do fundo do copo.

Usando um parafuso, prenda o fio de cobre do acessório da mariposa ao acessório na cabine do robô. Certifique-se de que a mariposa esteja posicionada com o par da perna do meio no centro da bola. Mantendo a mesma altura da bola, ajuste a posição vertical do acessório para permitir que a mariposa ande normalmente sobre a bola.

Se desejar, realize estimulação de feromônios sexuais na mariposa amarrada para verificar seu comportamento de caminhada. Verificar o comportamento de caminhada de uma mariposa amarrada é fundamental na posição vertical apropriada da mariposa com seu comportamento irregular ou o comportamento de leitura óptico-sensorial. Ambos afetam diretamente o movimento do robô resultante.

Ligue o ar de um túnel de vento do tipo ar puxado e defina a velocidade do vento para 0,7 metros por segundo. Certifique-se de que a temperatura esteja acima de 20 graus Celsius. Coloque o odorante no centro da posição do vento cruzado e 25 centímetros a favor do vento a partir de um painel de malha.

Ligue a placa microcontroladora do robô e estabeleça uma conexão serial com um computador via Bluetooth. Inicie a interface do programa BioSignal entre o computador e o robô. Clique no botão sobre o dispositivo" para confirmar a conexão enviando um comando ao robô através da porta COM especificada e, em seguida, verifique se uma mensagem é retornada do robô.

Clique no botão "apagar memória" para remover quaisquer dados de locomoção anteriores na memória flash integrada. Em seguida, pressione o botão drivemode1" para enviar os ganhos do motor padrão para o robô. Clique em não dirija"para enviar o comando ao robô para imobilizar até o início do experimento.

Coloque o robô na posição inicial 60 centímetros a jusante da fonte de odor. Ligue o interruptor para a placa do driver do motor. Em seguida, pressione o botão de gravação na câmera de vídeo para iniciar a captura de vídeo.

Clique no botão "iniciar gravação" para enviar um comando de início que iniciará o robô e, simultaneamente, iniciará a gravação da rotação da bola na memória flash integrada. O robô deve começar a se mover e rastrear a pluma de odor. Quando o robô localizar a fonte de odor ou não localizar em quatro minutos, clique nos botões "parar gravação" e não dirigir" para enviar comandos para parar o robô e a gravação.

Por fim, pressione o botão de gravação da filmadora para interromper a captura de vídeo. A velocidade de rotação e translação do robô também pode ser modificada para investigar as habilidades compensatórias do inseto. Para testar o efeito dos ganhos motores assimétricos, primeiro defina os ganhos rotacionais editando o arquivo de parâmetros no editor de texto.

No software BioSignal, clique em setparam2"para ler a configuração editada. Em seguida, clique em drivemode2"para enviar esses ganhos manipulados para o robô. Para manipular a entrada olfativa, altere o espaço entre as pontas do tubo de sucção.

Ou inverta suas posições para alterar a concentração de odor fornecida a cada antena. Finalmente, a entrada visual pode ser modificada cobrindo o dossel com papel branco para ocluir 150 graus e 90 graus do campo visual horizontal e vertical da mariposa a bordo, respectivamente. A comparação dos comportamentos de rastreamento de odor entre mariposas que andam livremente e o robô controlado por insetos é mostrada aqui.

Sob as mesmas circunstâncias de odor, tanto as mariposas ambulantes quanto os robôs obtiveram taxas de sucesso de 100%Embora o robô exibisse trajetórias mais amplas em comparação com a mariposa ambulante, não houve diferença significativa no tempo de localização do odor. O sistema de entrega de odor é necessário para fornecer o fluxo de odor às antenas da mariposa elevada. Sem esse sistema, o robô não conseguia se orientar em direção à fonte de odor e continuava circulando até parar.

A eficácia de uma entrada olfativa bilateral para rastreamento de odor foi avaliada alterando a posição das pontas dos tubos. Em comparação com a folga de tubo largo padrão de controle, os robôs foram manipulados para ter uma folga de tubo estreito, folga de tubo largo invertida ou uma saída de motor invertida. O robô alcançou 100% de sucesso com ambas as condições de largura de lacuna, sem diferença significativa no tempo de localização.

Por outro lado, a inversão das pontas dos tubos ampliou as trajetórias e aumentou o tempo de localização, embora não significativamente. Finalmente, na condição de motor invertido, os robôs circularam continuamente, aumentando significativamente o tempo de localização. Uma vez dominada, a implementação de uma mariposa-da-seda no cockpit rebaixado pode ser feita em dez minutos se for executada corretamente.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de manusear suavemente a mariposa-da-seda durante toda a operação para evitar danos desnecessários. Seguindo esse procedimento, o experimento de longa duração pode ser realizado para responder a perguntas adicionais sobre os mecanismos por trás dos comportamentos adaptativos, como se os insetos podem aprender a pilotar o corpo robótico manipulado. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores da área de neurociência e robótica explorarem os mecanismos de comportamentos adaptativos e a aplicação ao controle de robôs autônomos.