我们有灵敏、有效、宽范围的传感器，可以感知真实世界的刺激，如声音、光线/图像、触摸/压力/力量，但我们仍然没有相应的气味传感器。没有电子“鼻子”传感器能像自然界中发现的那样有效或广谱，从昆虫到猎犬。然而，有些时候，拥有一架自动驾驶的无人驾驶飞机将是有利的，它可以跟踪气味的踪迹，以到达灾区、爆炸物仓库、环境危害或火灾羽流。
为了解决这个问题，华盛顿大学(University of Washington)的一个团队建造并测试了他们声称的世界上第一架气味传感、自导引的生物混合无人机，它使用飞蛾的活天线作为传感器。这架巴掌大小的无人机被称为“嗅觉直升机”(图1)在空气中搜索和寻找气味源时，它能感知并避开障碍物，而且所有的导航都不需要GPS。
为什么是飞蛾天线?除了感知风和振动外，这些快速反应、高度敏感的传感器还能捕捉昆虫用来寻找食物和配偶的嗅觉信息。一种被感知的气味会引起一系列复杂的化学反应，最终形成一种“动作电位”，通过触角向下传播到昆虫的大脑。触角电图(EAG)通过测量天线的电压降来测量天线中嗅觉神经元的聚集电活动。
该研究的主要作者、华盛顿大学机械工程博士生梅勒妮·安德森说:“大自然真的把我们人造的气味传感器从水中赶走了。”“通过在Smellicopter上使用真正的飞蛾天线，我们能够两全其美:在机器人平台上，我们可以控制生物有机体的灵敏度，从而控制其运动。”
这一观点被合著者托马斯·丹尼尔(Thomas Daniel)放大了，他是华盛顿大学的生物学教授，也是安德森博士研究的共同导师。他补充说，“蛾天线中的细胞可以放大化学信号。这些蛾子做的非常有效——一个气味分子可以触发很多细胞反应，这就是诀窍。这个过程超级高效、具体、快速。”
研究人员从一个Manduca sexta并将其连接到一个定制设计和建造的EAG放大器电路，重量仅为1.5克，仅消耗2.7 mW，占地面积为3厘米2(图2)．(研究人员将飞蛾放在冰箱中麻醉，然后移除天线;在与活蛾分离后，天线的生物和化学活性可维持长达四个小时。)
为了连接天线和EAG，他们将一段直径75µm的不锈钢线插入天线的两端(图3)．“台架”测试显示了校准的气味混合加上“吹气”和天线输出之间的刺激-响应时序关系(图4)．
在刺激下，天线输出为10µV ~ 1 mV，经过实验后，他们将增益发送到1000µV ~ 1 mV。天线布置的电阻在500 - 750 kΩ之间。这种相关性的高值导致电路拾取过多的60hz噪声;传感器基线漂移也是不可避免的问题。为了克服这两个问题，他们添加了一个4th-阶带通滤波器，降低噪声和漂移。
从台架试验到飞行试验
EAG传感器被连接到一个商业上可用的nanodrone (Crazyflie 2)体积为85厘米2重23克。除了EAG传感器和放大器，他们还添加了一个供应商提供的光流摄像机和用于速度测量的红外激光测距仪，这样即使没有GPS系统，crazyfly也可以悬停而不漂移。该装置还包括一个蓝牙无线电收发器。使用250毫安时电池，纳米无人机可以飞行长达7分钟。
对于气味制导无人机，导航算法至关重要。研究小组模仿了飞蛾和其他昆虫的飞行策略，它们通常会侧风飞行，如果遇到感兴趣的气味，就会迎风飞行。
在各种诱导风的测试飞行中，无人机起飞，盘旋以适应风的方向，并开始了它的“抛投和涌动”策略(图5)．当检测到挥发性化学物质时，Smellicopter会迎风“飙升”25厘米，然后继续施放。这使得无人机在每次波动时更接近源，同时允许它重新“锁定”，即使在风向或源的移动上有轻微的变化——这两者都是现实世界的考虑。
请注意，就像飞蛾一样，该算法要求Smellicopter在大多数时间都是逆风的。这样做通常需要复杂的气流测量，然后是密集的计算和随后的电机控制。相反，他们采用了简单、被动的方法，添加两个非常轻的叶片作为类似于风向标的“尾部”，以自动引导无人机迎风飞行。
测试和跟踪飞行路径之字形和曲折的结果显示，smellicopd迅速找到目标，并在距离源几厘米的地方飞行，同时通过4个红外传感器每秒进行10次测量，避开困难障碍。
华盛顿大学机械工程助理教授兼联合顾问Sawyer Fuller说:“寻找羽流源对于像smellicops这样的小型机器人来说是一项完美的任务。”他补充说:“大型机器人能够携带一组不同的传感器，并使用它们来构建它们的世界地图。我们在小范围内做不到。但要找到烟羽的来源，机器人真正需要做的只是避开障碍物，在逆风移动时留在烟羽中。它不需要复杂的传感器套件，只需要气味好就可以了。而这正是嗅觉直升机真正擅长的。”
该团队已申请专利(申请号US20200371530A1)为这种独特的无人机。完整的、引人入胜的项目被描述在一篇清晰的、写得很好的论文中。”一种生物混合气味导向的手掌大小的自主飞行器”,发表在IOP生物灵感与仿生学；当这篇论文被置于付费墙之后时，幸运的是它已经贴出了完整的预印本在这里．此外，考虑到项目的性质，也就不奇怪有一个清晰的、做得很好的视频:
