Expertos en robótica de las universidades japonesas de Shinshu y Chiba han utilizado antenas de mariposas de seda para conseguir un novedoso dron biohíbrido. Este ingenio es capaz de detectar y rastrear olores hasta una distancia de cinco metros.
Es bien sabido que los drones convencionales utilizan sensores visuales para la navegación. Sin embargo, las condiciones ambientales como la humedad, la escasa luz y el polvo pueden reducir su eficacia y limitar su uso en zonas afectadas por desastres.
Ahora, en npj/Robotics aparece este estudio experimental en el que se detalla el desarrollo de un novedoso dron biohíbrido combinando elementos robóticos con antenas de mariposas de seda que detectan olores. Esta innovación -según sus autores- integra la agilidad y precisión de los robots con mecanismos sensoriales biológicos con lo que puede mejorar la aplicabilidad de los drones en navegación, detección de gases y respuesta a desastres.
Así, mejora sustancialmente la precisión de la estimación de la dirección de la fuente de olores y extiende la distancia de búsqueda efectiva (hasta 5 m) del dron biohíbrido.
Los drones biohíbridos, que combinan sensores de olores biológicos con drones pequeños, introducen un método de navegación innovador que compensa la navegación tradicional basada en imágenes, mejorando las capacidades de los robots aéreos.
Inspirados por el comportamiento de búsqueda de la fuente de olores observado en organismos biológicos, este equipo de científicos japoneses identificó dos elementos clave para mejorar la precisión de la estimación de la dirección de la fuente de olores para drones biohíbridos: aumentar la anisotropía del sensor de olores utilizando una carcasa de sensor e implementar un algoritmo de rotación escalonada, que incorpora estratégicamente pausas durante el escaneo.
Navegación olfativa robótica
Esta integración -como explican en su trabajo- resultó en una duplicación tanto de la precisión de búsqueda como del alcance, “logrando una distancia de búsqueda de hasta cinco metros, superando significativamente el rendimiento de un algoritmo anterior que combinaba secuencialmente movimientos rotacionales y lineales. Aunque estos elementos se observan comúnmente en varios artrópodos, se aplican poco en aplicaciones robóticas”.
Añaden que su trabajo “proporciona una perspectiva novedosa a las técnicas de navegación olfativa robótica al aprovechar estos comportamientos biológicos para mejorar la funcionalidad robótica”.
El sentido del olfato en los seres vivos desempeña un papel crucial en la supervivencia al facilitar la localización de fuentes de alimento y la evasión de depredadores. Específicamente, las mariposas macho utilizan su capacidad para rastrear las feromonas transportadas por el viento de las hembras para localizar con precisión a sus parejas, un proceso esencial para la reproducción.
Según estos investigadores, este comportamiento implica navegar a lo largo de grandes distancias, a veces abarcando varios kilómetros, guiados por señales olfativas intermitentes en un proceso conocido como localización de la fuente de olor.
A diferencia de los insectos, los sistemas de navegación convencionales para drones generalmente dependen de sensores visuales como imágenes térmicas y detección y alcance de luz (LiDAR).
Estos sistemas se han aplicado ampliamente, pero pueden verse comprometidos en condiciones ambientales adversas, como poca luz, polvo y humedad. Como alternativa a los enfoques basados en imágenes, se ha desarrollado una tecnología de navegación para drones pequeños que utiliza la interacción entre las hélices y las superficies de los objetos.
El avance de los drones autónomos como forma de navegación que no depende de imágenes e incorpora comportamientos de búsqueda de fuentes de olores promete complementar las tecnologías de navegación existentes y mejorar significativamente la utilidad de los drones en varios sectores.
Dron biohíbrido
La navegación basada en el olfato ofrecerá -vaticinan estos científicos- el potencial para nuevas tecnologías de navegación que sean adecuadas para operar en entornos oscuros o húmedos, incluidos edificios afectados por desastres, inspecciones de infraestructura crítica (es decir, detección de fugas de gas), operaciones de búsqueda y rescate, detección temprana de incendios e identificación de drogas y explosivos.
En recientes trabajos se ha explorado el uso de drones pequeños y ágiles equipados con sensores de gas comerciales, para la localización y mapeo de fuentes de olores. Sin embargo, estos sensores a menudo se quedan cortos en selectividad y capacidad de respuesta en comparación con los sistemas olfativos biológicos, lo que plantea desafíos en el seguimiento eficiente de columnas de olor dinámicas.
En la última década se han logrado avances significativos en el campo de rápida expansión de la robótica/sistemas biohíbridos, que integra componentes biológicos con maquinaria artificial.
Este enfoque interdisciplinario utiliza la adaptabilidad única de los organismos y la sensibilidad aguda de los sistemas sensoriales biológicos, presentando soluciones incomparables a desafíos que no satisfacen las tecnologías robóticas existentes.
En particular, los tejidos de invertebrados, como las antenas de los insectos, han surgido como elementos sensores eficaces para aplicaciones biohíbridas, capaces de detectar olores de manera constante sin la necesidad de un mantenimiento continuo. Al emplear electroantenografía (EAG), estas antenas pueden detectar odorantes a través de las señales eléctricas que emiten, lo que ofrece un enfoque práctico, altamente sensible y selectivo para la detección de olores.
Dron de rescate
Investigaciones anteriores han integrado con éxito antenas de especies como la mariposa del gusano de seda (Bombyx mori), Agrotis ipsilon y la polilla halcón (Manduca sexta) con robots terrestres y aéreos, mejorando sus capacidades en el rastreo de olores.
Los autores de este estudio recuerdan que, anteriormente, desarrollaron un dron biohíbrido equipado con un sensor EAG derivado de una antena de mariposa del gusano de seda, diseñado específicamente para la localización de fuentes de olores.
Esta innovación marcó un paso significativo en el desarrollo de drones biohíbridos basados en EAG, mejorando notablemente la precisión de la detección de fuentes de olores a través de modificaciones estratégicas en la carcasa del sensor. Sin embargo, estos drones tienen rango de búsqueda limitado: dos metros o menos.
El profesor Daigo Terutsuki, coordinador del trabajo, subraya que, tradicionalmente, los esfuerzos de búsqueda y rescate se han basado en recorridos visuales manuales “debido a la ausencia de una tecnología definitiva capaz de localizar de manera eficiente a las personas en peligro. El dron biohíbrido avanzado desarrollado en este estudio tiene el potencial de permitir que localicen rápidamente a los sobrevivientes mediante el seguimiento de olores”.
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