나방 영감 안테나로 드론이 위험 감지 및 재난 지역 생존자 위치 파악

드론의 한 가지 장점은 사람이 갈 수 없는 곳, 예를 들어 자연재해 후 불안정한 구조물이나 미폭발 장치가 있는 지역 등 위험할 수 있는 곳에 갈 수 있다는 것입니다.

연구자들은 공기 중 화학물질을 맡아 재난 생존자, 가스 누출, 폭발물 등을 찾는 장치 개발에 관심이 있습니다. 하지만 대부분의 센서는 이러한 소스가 만드는 얼룩덜룩한 냄새 깃털 사이를 날아다니며 특정 냄새를 찾고 처리할 만큼 충분히 민감하거나 빠르지 않습니다.

한 팀은 살아있는 나방 안테나를 사용하여 냄새를 향해 항해하는 자율 드론 'Smellicopter'를 개발했습니다. 또한 공기를 이동하면서 장애물을 감지하고 회피할 수 있습니다. 실제 나방 안테나를 사용함으로써 연구자들은 생물학적 유기체의 민감성과 움직임을 제어할 수 있는 로봇 플랫폼의 장점을 모두 얻을 수 있었습니다.

발명가와의 Q&A 읽기

"자연은 우리가 만든 냄새 센서를 완전히 압도합니다."라고 UW 박사과정생 Melanie Anderson은 말했습니다.

나방은 안테나를 사용하여 환경의 화학물질을 감지하고 먹이나 잠재적 짝의 근원으로 항해합니다. 팀은 Smellicopter에 큰박쥐나방(Manduca sexta)의 안테나를 사용했습니다. 연구자들은 나방을 냉장고에 넣어 마취시킨 후 안테나를 제거했습니다. 살아있는 나방에서 분리된 후 안테나는 최대 4시간 동안 생물학적, 화학적으로 활성 상태를 유지합니다. 이 시간은 냉장고에 안테나를 보관하면 연장될 수 있습니다.

안테나 양쪽 끝에 미세한 전선을 추가하여 전기 회로에 연결하고 안테나 모든 세포의 평균 신호를 측정할 수 있게 했습니다. 팀은 이를 일반적인 인공 센서와 비교하기 위해 둘 다 풍동 한쪽 끝에 놓고 두 센서가 모두 반응할 냄새(꽃 향기와 에탄올)를 불어넣었습니다. 안테나가 더 빨리 반응했고 퍼프 사이에서 회복하는 데 더 적은 시간이 걸렸습니다.

Smellicopter를 만들기 위해 팀은 안테나 센서를 사용자가 특별한 기능을 추가할 수 있는 오픈소스 휴대용 상용 쿼드콥터 드론 플랫폼에 추가했습니다. 연구자들은 드론 뒤쪽에 두 개의 플라스틱 핀을 추가하여 항력을 생성, 지속적으로 역풍 방향으로 향하게 했습니다.

Smellicopter는 냄새를 찾기 위해 연구자의 도움이 필요하지 않습니다. 팀은 나방이 냄새를 찾는 방식을 모방하는 '캐스트 앤 서지(cast and surge)' 프로토콜을 드론에 만들었습니다. Smellicopter는 특정 거리만큼 왼쪽으로 이동하며 검색을 시작합니다. 특정 냄새 임계값을 넘는 것이 없으면 같은 거리만큼 오른쪽으로 이동합니다. 일단 냄새를 감지하면 그것을 향해 돌진하는 비행 패턴으로 변경합니다.

Smellicopter의 또 다른 장점은 GPS가 필요하지 않다는 것입니다. 대신 카메라로 주변을 조사합니다. 곤충이 눈을 사용하는 것과 유사합니다. 이는 Smellicopter가 광산이나 파이프 같은 실내나 지하 공간 탐사에 적합하게 만듭니다.

실험실 테스트에서 Smellicopter는 나방이 흥미로워하는 꽃 향기 같은 냄새를 향해 자연스럽게 날아갔습니다. 하지만 연구자들은 향후 작업으로 나방 안테나가 갇힌 사람의 이산화탄소 호흡이나 미폭발 장치의 화학적 서명 같은 다른 냄새를 감지할 수 있기를 희망합니다.