在我們更好地制造化學(xué)傳感器之前，利用生物學(xué)是我們能做的最好的事情，而最理想的是某種機(jī)器人與動(dòng)物混合的機(jī)械人。

對(duì)機(jī)器人傳感的研究，一直都以人為中心的。我們大多數(shù)人都是通過(guò)視覺(jué)和3D來(lái)導(dǎo)航和體驗(yàn)世界，所以機(jī)器人往往會(huì)被攝像頭和激光雷達(dá)等東西覆蓋。觸摸對(duì)我們來(lái)說(shuō)很重要，聲音也一樣，所以機(jī)器人對(duì)觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)信息的理解也越來(lái)越好。

不過(guò)，嗅覺(jué)呢？

在大多數(shù)情況下，嗅覺(jué)對(duì)我們來(lái)說(shuō)傳遞的信息并沒(méi)有那么多，所以雖然它在機(jī)器人技術(shù)中并沒(méi)有完全被忽略，但在大多數(shù)情況下，它肯定不是首選的傳感方式。

嗅覺(jué)傳感的部分問(wèn)題在于，從技術(shù)角度來(lái)看，我們沒(méi)有一個(gè)好的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)它。長(zhǎng)期以來(lái)，這一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，這也是為什么我們要么賄賂，要么欺騙狗、老鼠、禿鷲等動(dòng)物，讓它們成為我們對(duì)空氣中化學(xué)物質(zhì)的感應(yīng)系統(tǒng)。如果它們能一直完全按照我們的要求去做，這就好了，但它們沒(méi)有，所以不是。

在我們更好地制造化學(xué)傳感器之前，利用生物學(xué)是我們能做的最好的事情，而最理想的是某種機(jī)器人與動(dòng)物混合的機(jī)械人。我們已經(jīng)看到了一些遠(yuǎn)程控制昆蟲的嘗試，但事實(shí)證明，如果你不使用整個(gè)昆蟲，而只是找到一種方法來(lái)使用它的傳感系統(tǒng)，你可以簡(jiǎn)化事情。

這便是今天我們要說(shuō)的Smellicopter無(wú)人機(jī)——使用飛蛾天線追蹤氣味的無(wú)人機(jī)。

說(shuō)實(shí)話，關(guān)于無(wú)人機(jī)本身，沒(méi)什么好說(shuō)的。它是一個(gè)名為Crazyflie 2.0的開源無(wú)人機(jī)項(xiàng)目，還額外增加了一些現(xiàn)成的傳感器，用于避障和穩(wěn)定。有趣的地方是幾個(gè)被動(dòng)鰭，讓無(wú)人機(jī)一直指向風(fēng)中，然后是傳感器，叫做電天線圖。

無(wú)人機(jī)的傳感器，被稱為電子天線圖，由一只Manduca sexta鷹蛾的"單根切除天線"和一個(gè)定制信號(hào)處理電路組成

要制作這樣的傳感器，你只需要從一只活的鷹蛾身上"收獲"一根天線。蛾子的天線是中空的，這意味著你可以把電極貼上去。每當(dāng)天線中的嗅覺(jué)神經(jīng)元（雖然它不再附著在飛蛾身上，但技術(shù)上仍然活著）遇到它們正在尋找的氣味時(shí)，它們就會(huì)產(chǎn)生電極接收到的電信號(hào)。將電極的另一端插入電壓放大器和濾波器，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器運(yùn)行，你就得到了一個(gè)重量只有1.5克、功耗只有2.7毫瓦的化學(xué)傳感器。它的靈敏度明顯高于傳統(tǒng)的金屬氧化物氣味傳感器，而且體積更小，效率更高，是無(wú)人機(jī)的理想選擇。

為了定位氣味，Smellicopter使用了一種簡(jiǎn)單的生物啟發(fā)方法，稱為橫風(fēng)投擲，這涉及到橫向左右移動(dòng)，然后在檢測(cè)到氣味時(shí)向前移動(dòng)。下面是它的工作原理：

飛行器起飛到40厘米的高度然后懸停10秒，讓它有時(shí)間定位到上風(fēng)向。嗅覺(jué)飛機(jī)開始向左和右橫風(fēng)投擲。當(dāng)檢測(cè)到揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)時(shí)，嗅探器會(huì)在上風(fēng)處激增25厘米，然后繼續(xù)投擲。只要風(fēng)向相當(dāng)一致，這種策略將使昆蟲或機(jī)器人每次激增越來(lái)越接近單一來(lái)源。

由于氣味是在空氣中傳播的，它們需要一點(diǎn)微風(fēng)才能傳播得很遠(yuǎn)，而Smellicopter除非在源頭的下風(fēng)處，否則無(wú)法探測(cè)到它們。但是，這就是氣味的工作原理--即使你就在源頭旁邊，如果風(fēng)從你這里吹向源頭，而不是反過(guò)來(lái)，你也可能聞不到它的氣味。

每當(dāng)天線中的嗅覺(jué)神經(jīng)元遇到它們要找的氣味時(shí)它們就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，電極就會(huì)接收到這個(gè)信號(hào)。

這種傳感器還有一些其他的限制因素也要牢記。首先，它不是檢測(cè)有用的東西（比如爆炸物），而是要檢測(cè)漂亮花的氣味，因?yàn)轱w蛾喜歡漂亮的花。其次，天線會(huì)在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)對(duì)你死心，因?yàn)樗挥性诮M織還活著并比喻為踢的時(shí)候才會(huì)發(fā)揮作用。有趣的是，也許可以利用基于CRISPR的遺傳修飾來(lái)培育出對(duì)有用氣味有反應(yīng)的天線的飛蛾，這將是一個(gè)絕妙的竅門。
編輯：hfy