机器人如何通过嗅觉传感器的基本工作原理实现不可思议的功能

导语：美国科学家借助蝗虫的神奇嗅觉，开发出新一代仿生机器人感测系统，该系统能够在复杂环境中准确识别特定气味，从而应用于安全领域。通过ONR的资助，生物医学工程副教授Baranidharan Raman和他的团队致力于研究蝗虫如何以简单方式接收和处理感官信息，他们发现气味激活了蝗虫大脑中的动态神经活动，使其能够在混乱的气味背景下辨认特殊气味。

美国圣刘易斯华盛顿大学的工程师们受到了蝗虫灵敏嗅觉的启发，并开发出了一个新的仿生机器人感觉系统，可以用于安全应用。该校工程与应用科学系生物医学工程副教授Baranidharan Raman利用来自美国海军研究室（ONR）的75万美元资金，建立了一个高度灵敏的嗅觉系统作为基础，为生物混合鼻提供支持。

Raman指出，这种生物检测系统比其他同类型设备更为复杂，因为它们涉及负责化学感官功能的化学传感器。虽然这种天生的嗅觉本能存在于许多脊椎动物和无脊椎动物中，但它也可以被用于解决非侵入式或化学检测的问题，而且这些设计与操作原则是可复制性的，因此理解基本嗅觉处理原理对于发展由生物学启发的人工解决方案至关重要。

多年来，随着ONR资金赞助，Raman一直在研究蝗虫的大脑如何以简洁方式接收和处理外界信息。他及其团队发现，当一种气味激活时，它会引起大脑中的动态神经活动，使得蝗虫能够正确地辨识特定的气味，即使是在其他多种气味共同存在的情况下。此外，他们还发现蝗虫可以被训练来辨认某个特定的气味，即使在各种复杂情况下，也能准确识别出来，比如当其他香料重叠或在不同的环境条件下出现时。

"为什么不直接使用生物解决方案?" Raman提问道，“即便是最先进的小型化化学传感器也有数百个传感器，而昆蟲天线上的化学传感器数量也是成千上万。” 研究人员计划监控昆蟲自由探索并解码其周围环境中的不同香氛时的大脑神经活动。这需要低功耗电子元件来收集、记录和发送数据。Washington University计算机科学与工程系教授Shantanu Chakrabartty将与Raman合作开发所需组件。

此外，还有计划用遥控技术将蚂蚱作为样本采集仿生机器人的试验对象。材料科学助理教授Srikanth Singamaneni正在研发一种由生物兼容丝制成的电浆“纹身纸”，可贴到蚂蚱翅膀上产生微热，以远程引导蚂蚱朝向特定位置。此外，这种纳米结构纹身贴纸也可以用于收集邻近挥发性有机化合物样本，以便进行次级分析。

"狗类已经成为许多工程应用中高效率的一级检测试验工具，如国土安全、医疗诊断等," Raman说，“但训练这些动物所需时间、困难度以及缺乏强大的译码程序，将从生命体获得相关信息，对广泛应用带来了巨大挑战。”