机器人如何通过嗅觉传感器技术获得超乎想象的功能

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75万美元资金赞助，结合了高度敏感的嗅觉系统，以创建生物混合鼻。

Raman指出，这种生物检测系统比其他同类项目更为复杂，因为它包括负责化学感官功能的大型化学传感器网络。虽然这种原始本能仍然存在于许多脊椎动物和无脊椎动物中，但理解基本嗅觉处理原理对于发展基于生物学解决方案至关重要。

多年来，Raman一直在研究蝗虫大脑如何以相对简单的手段接收和处理感觉信号。他和他的团队发现，当某个气味激活时，大脑中的动态神经活动使得蝗虫可以正确地辨识特殊气息，即使是在其他强烈或交替出现的情况下。在其他方面，他们还发现，如果训练了一只蝗虫辨识某种特定的香氛，它仍然能在各种复杂条件下辨认这股香氛，无论是与其他香氛重叠还是在不同的背景环境中。

“为什么不直接使用自然界提供给我们的解决方案?” Raman提问，“即便是最先进的小型化化学传感器也需要成千上百个传感器。而昆虫天线上的化学传感器数量却有成千上万，每种类型都不同。”

此外，研究团队计划监控昆虫自由探索其环境并解码其中所出现的一切风味时的大脑神经活动。这项工作还需要低功耗电子元件来收集、记录并发送数据。计算机科学与工程系教授Shantanu Chakrabartty将合作开发这些必要组件，而材料科学助理教授Srikanth Singamaneni则将创造一种由生物兼容丝制成电浆“纹身纸”，可贴附到翅膀上产生微热，以遥控引导它们朝向特定位置。此外，这样的纹身贴纸还有能力采集周围挥发性有机物样本，让研究人员可以使用标准方法进行二次分析。

“狗鼻子依旧是许多工程应用中的先进技术之一，如国土安全、医疗诊断等，” Raman说，“然而，对这些动物进行训练以及调节它们所需时间及其困难，以及缺乏有效编码程序以从生物体获取化学信息，对广泛应用带来了巨大的挑战。”