传统的无人机依赖视觉传感器进行导航。然而，潮湿、光线不足和灰尘等环境条件可能会影响其性能，从而限制其在灾区的使用。据外媒报道，日本的研究人员通过将机器人元件与蚕蛾的气味感应触角相结合，开发出一种新型的生物混合无人机。这一创新将机器人的灵活性和精确性与生物传感机制相结合，可以增强无人机在导航、气体检测和灾难响应方面的适用性。

图片来源：《npj Robotics》

技术进步推动了无人机的多样化应用，包括导航、气体检测、基础设施与交通、成像以及灾难响应。无人机的传统导航系统依赖热成像和光探测与测距（LiDAR）等视觉传感器。然而，低光、灰尘和潮湿等环境条件可能会影响其功能，这凸显了对更通用替代方案的需求。

在自然界中，动物、鸟类和昆虫拥有基于嗅觉的固有导航系统，帮助它们定位食物来源、躲避捕食者并吸引潜在配偶，从而促进其整体生存率。特别是昆虫，尤其是雄性飞蛾，能够通过一种称为气味源定位的过程，在数公里之外检测到风传播的性信息素。

将这种生物传感机制与先进的人工机械相结合的生物混合无人机，在克服现有机器人技术面临的挑战方面具有巨大潜力。据外媒报道，由日本信州大学（Shinshu University, Japan）纺织科学与技术学院机械工程与机器人系副教授Terutsuki Daigo与日本千叶大学（Chiba University, Japan）副教授Toshiyuki Nakata和Chihiro Fukui合作领导的研究团队，利用蚕蛾触角开发了一种能够进行气味感知和追踪的新型生物混合无人机。该研究在线发表在《npj Robotics》期刊上。

Terutsuki博士在解释他们的研究动机时表示：“我们的团队正在继续开发利用活体昆虫触角作为气味传感器元件的生物混合无人机。在这项研究中，我们努力结合生物体的动态运动和机制，以显著提高气味追踪无人机的性能。我们启动这项研究的信念是，这些进步将实现更有效的气味检测，并扩大在救援行动中的应用。”

此前，研究人员开发了一种配备基于昆虫触角的电触角图（EAG）传感器的生物混合无人机，该传感器具有高灵敏度和特异性。然而，其应用受到检测范围短（不到两米）的限制。在当前的研究中，该研究团队通过进一步结合模拟昆虫生物过程的机制来增强初代版本。昆虫在气味追踪过程中会间歇性暂停以提高搜索精度。然而，机器人气味搜索模型在操作中缺乏这种暂停，这可能会影响其检测范围。

为了解决这一问题，研究人员引入了一种“阶梯式旋转算法（stepped rotation algorithm）”，模拟昆虫在气味感知过程中的暂停，显著提高了检测精度。他们还重新设计了电极和EAG传感器，以更有效地适应蚕蛾触角的结构。增益可调（对电信号强度响应）的EAG传感器与昆虫触角之间的无缝接口显著提高了系统的性能和可操作性。

此外，该研究团队还使用漏斗形外壳来减少气流阻力，并在外壳内部应用导电涂层以最小化静电充电产生的噪声干扰。这些改进使得系统在不同环境条件和气味浓度下具有优异的气味源感知能力，有效检测范围可达5米。

这种气味感知生物混合无人机的多样化应用潜力巨大，可能彻底改变关键基础设施中的气体泄漏检测、早期火灾探测、通过检测毒品和爆炸物等危险物质提升机场的公共安全，并通过改进救援行动实现更好的灾难响应。这项技术在地震等自然灾害频发的地理区域尤其有用，可用于救援目的。

Terutsuki博士总结道：“传统上，由于缺乏能够有效定位遇险人员的明确技术，搜索和救援工作依赖人工视觉搜索。本研究中开发的先进生物混合无人机有望通过追踪气味帮助救援人员快速定位幸存者，最终在分秒必争的情况下拯救更多生命。”