Насекомое управляемый робот: мобильный робот Платформа для оценки запаху отслеживания Способность насекомого

Общая цель этого эксперимента — оценить способность насекомого, используемого в качестве контроллера мобильного робота, отслеживать запахи. Этот метод может решить ключевые проблемы в области биомедицины, такие как использование насекомых в биомиметической навигации мобильных роботов. Основное преимущество этой методики заключается в том, что мы можем непосредственно использовать насекомое в качестве контроллера мобильного робота и оценить его способность находить источник запаха.

Последствия этого метода распространяются на понимание биологических механизмов, стоящих за другими моделями поведения, потому что исследователи могут изменить сенсомоторные отношения насекомого на борту с помощью роботизированных манипуляций. Чтобы начать эксперимент, сначала выберите взрослого шелкопряда в возрасте от двух до восьми дней. Аккуратно удалите все чешуйки на мезонотуме с помощью кусочка влажной салфетки или ватного тампона, чтобы обнажить кутикулу.

Наклейте клей на полоску пластика в конце насадки. Затем нанесите немного клея на поверхность обнаженного мезонотума, стараясь не касаться шарнира крыла или тегулы переднего крыла. Подождите пять-десять минут, пока клей перестанет быть липким.

Прикрепите мезонотум моли к прикреплению. Держите моль на привязи, закрепив крепление на подставке. Подложите лист бумаги под лапки моли, чтобы дать ей отдохнуть.

Промойте поверхность белого шарика из пенополистирола водой, чтобы удалить любые возможные обонятельные или визуальные признаки. Затем включите вентилятор, который подает воздух на беговую дорожку. Шар должен парить примерно в двух миллиметрах над дном чашки.

С помощью винта прикрепите медную проволоку насадки от моли к приспособлению в кабине робота. Убедитесь, что бабочка расположена так, чтобы пара средних ног находилась в центре шара. Сохраняя при этом высоту мяча, отрегулируйте вертикальное положение насадки, чтобы бабочка могла нормально ходить по мячу.

При желании проведите стимуляцию привязанной бабочки половыми феромонами, чтобы проверить ее поведение при ходьбе. Проверка поведения при ходьбе привязанной моли имеет решающее значение при правильном вертикальном положении бабочек при их нерегулярном поведении или поведении оптико-сенсорного чтения. И то, и другое напрямую влияет на результирующее движение робота.

Включите воздух аэродинамической трубы, работающей с тяговым воздухом, и установите скорость ветра на 0,7 метра в секунду. Следите за тем, чтобы температура была выше 20 градусов по Цельсию. Установите одорант в центре положения бокового ветра и в 25 сантиметрах с подветренной стороны от сетчатой панели.

Включите плату микроконтроллера робота и установите последовательное соединение с компьютером через Bluetooth. Запустите программный интерфейс BioSignal между компьютером и роботом. Нажмите на кнопку «Об устройстве», чтобы подтвердить подключение, отправив команду роботу через указанный COM-порт, а затем проверить, что сообщение возвращено от робота.

Нажмите на кнопку «стереть память», чтобы удалить все предыдущие данные о передвижении во встроенной флэш-памяти. Затем нажмите кнопку drivemode1", чтобы отправить роботу усиление двигателя по умолчанию. Нажмите «Не водить», чтобы отправить команду роботу на обездвиживание до начала эксперимента.

Поместите робота в исходную позицию в 60 сантиметрах ниже по течению от источника запаха. Включите переключатель на плату моторного привода. Затем нажмите кнопку записи на видеокамере, чтобы начать видеосъемку.

Нажмите на кнопку «Записать старт», чтобы отправить команду на запуск, которая инициирует робота и одновременно начнет запись вращения шара на встроенную флэш-память. Робот должен начать движение и отслеживать шлейф запаха. Когда робот локализует источник запаха или не локализует его в течение четырех минут, нажмите на кнопки «стоп записи и не ездить», чтобы отправить команды на остановку как робота, так и записи.

Наконец, нажмите кнопку записи на видеокамере, чтобы остановить захват видео. Вращательная и поступательная скорость робота также могут быть изменены для исследования компенсаторных способностей насекомого. Чтобы проверить влияние асимметричного моторного усиления, сначала определите вращательное усиление, отредактировав файл параметров в текстовом редакторе.

В программном обеспечении BioSignal нажмите на setparam2, чтобы прочитать отредактированную конфигурацию. Затем нажмите на drivemode2", чтобы отправить эти манипулируемые улучшения роботу. Чтобы манипулировать обонятельным входом, измените зазор между наконечниками всасывающей трубки.

Или поменяйте их положение местами, чтобы изменить концентрацию запаха, подаваемого на каждую антенну. Наконец, визуальный ввод можно изменить, накрыв фонарь белой бумагой, чтобы перекрыть горизонтальное и вертикальное поле зрения бортового мотылька на 150 градусов и 90 градусов соответственно. Здесь показано сравнение поведения свободно гуляющих мотыльков и робота, управляемого насекомыми.

При одинаковых обстоятельствах запаха как ходячие мотыльки, так и роботы добились успеха в 100%Хотя робот демонстрировал более широкие траектории по сравнению с ходячей молью, существенной разницы во времени локализации запаха не было. Система доставки запаха необходима для подачи потока одоранта к усикам поднятой моли. Без этой системы робот не мог ориентироваться на источник запаха и продолжал кружить до тех пор, пока не остановился.

Эффективность двустороннего обонятельного входа для отслеживания запаха оценивали путем изменения положения наконечников трубок. По сравнению со стандартным зазором между широкими трубами управления, роботы манипулировались таким образом, чтобы иметь либо узкий зазор между трубами, либо инвертированный широкий зазор между трубами, либо инвертированный выход двигателя. Робот достиг 100% успеха при обоих условиях ширины зазора, без существенной разницы во времени локализации.

И наоборот, инверсия кончиков трубок расширяла траектории и увеличивала время локализации, хотя и не значительно. Наконец, в состоянии перевернутого двигателя роботы непрерывно кружили, значительно удлиняя время локализации. После освоения внедрение шелкопряда в опускаемую кабину может быть выполнено в течение десяти минут, если оно выполнено правильно.

Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о бережном обращении с шелкопрядильщицей на протяжении всей операции, чтобы избежать ненужных повреждений. После этой процедуры можно провести долгосрочный эксперимент, чтобы ответить на дополнительные вопросы, касающиеся механизмов, лежащих в основе адаптивного поведения, например, могут ли насекомые научиться управлять манипулируемым роботизированным телом. После своего развития эта методика открыла путь исследователям в области нейронауки и робототехники к изучению механизмов адаптивного поведения и их применению для управления автономными роботами.