机器人如何通过不同种类的传感器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，可以用于安全等应用。该项目得到了美国海军研究室（ONR）的75万美元资助，以便利用高度敏感的嗅觉系统作为基础，开发出生物混合鼻部。

生物传感器相比其他同类型工程解决方案更为复杂，包括负责化学感官功能的化学传感器。虽然这种嗅觉是原始本能，但它仍然存在于许多脊椎动物和无脊椎动物中。“融合生物学解决方案可以用来解决非侵入式或化学传感问题，而且它们随处都采用了相同的设计与运算原则，”Raman说，“因此，对基本嗅觉处理原理了解对由生物启发的人工智能解决方案至关重要。”

多年来，在ONR资金支持下，Raman一直在研究蝗虫大脑如何以简单方式接收和处理外界信号。他及其团队发现，当气味激活时，大脑中的动态神经活动使得蝗虫能够正确辨识特殊气味，即使是在其他香料共同存在的情况下。在其他实验中，这个团队还发现蝗虫可以被训练来辨认某种特定的香料，即使是在复杂条件下也能准确地识别出来，比如与其他香料重叠或者在不同的背景条件下。

“为什么要过度简化？不能直接使用自然界提供的问题？” Raman提问，“即便是最先进的小型化化学传感设备也有成千上万个传感器。而昆虫天线上的化学传输有成百上千个不同类型。” 研究人员计划监控昆虫自由活动时的大脑神经活动，以及探索其环境中的各种挥发性有机化合物样本。

此外，他们打算利用遥控技术，将这些蜕变成为一个仿生机器人采样系统。材料科学专家Srikanth Singamaneni将开发一种由生物兼容丝制成、具有微热效应并可贴附到翅膀上的电浆“纹身纸”，这将帮助遥控引导蜕变朝向特定位置。此外，这种纹身贴纸还可用于收集邻近挥发性有机化合物样本，让研究人员通过标准方法进行分析。

“在许多工程应用中，如国土安全和医疗诊断，我们仍然依赖狗类动物的情报能力，” Raman说，“然而，对这些动物进行训练需要大量时间与资源，同时缺乏有效解码程序从生物体获取相关信息，这对于更广泛使用带来了重大挑战。”