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划时代的创举 转基因蜻蜓无人机

传感器技术  · 公众号  ·  · 2017-06-06 05:55

正文


蜻蜓复眼的启示:


  • 它的眼睛是一个巨大的、隆起的球,表面覆盖着微小的镜片。它的单只眼睛长着30000块这样的镜片,每一块镜片的形状结构都与邻近镜片略为不同,所以具有独一无二的视角,复眼上半部分的小眼睛,专门看远处的物体;下半部分的眼睛,专门看近处。来自数万个独特视角的信息流入蜻蜓的大脑,在那里合成超强视野,使得它可以同时看清几乎所有方向,并且图像的清晰度和精确性满足蜻蜓捕捉高速飞行昆虫的需要。


虽然有了陀螺仪、加速度计、激光雷达等笨重传感器,对于空中生存最重要的复眼,号称智能机器人先锋的无人机产业链却一筹莫展,挖空心思借用比人类先进数亿年的蜻蜓复眼,美国马萨诸塞州剑桥市的研发公司Draper利用转基因技术将活体蜻蜓改造成了无人机,这是划时代的创举。


通过将一种太阳能控制背包来装备活蜻蜓,由背包产生的光脉冲控制蜻蜓大脑中的神经元,从而指挥倾听按照指定的方向飞行。



这个DragonflEye创新项目由 Draper 与 Janelia Farm 的霍华德休斯医学研究所(HHMI)的合作开发。DragonflEye 的独特之处在于,它不需要“欺骗”昆虫的感受器或直接控制它的肌肉,而是使用光学电极来对经过基因编辑的昆虫神经系统发号施令。


简单说来就是通过控制蜻蜓的大脑,让它产生向某个方向飞行的想法,而不是简单的控制它挥动翅膀,做出违背昆虫意愿的飞行。这意味着,蜻蜓可以在保留其原生飞行技能的前提下被操控飞行,而这是其他微型空中机器人所不具备的。



Draper 团队的光遗传学做了以下几步工作:


  • 将昆虫的解剖学上的某些部位注入一种加入了神经元基因的光敏蛋白(卵磷脂),这些神经元可以被电子背包中的接口发送的特定波长的脉冲光波激活;


  • 在蜻蜓身上绑定指甲大小名为 Optrode 的电子背包,里面包含电路板、传感器和太阳能电池,为人类与蜻蜓之间的信息中转站;


  • 编码后的人类指令经由电子背包转换成光信号,通过接口发送到昆虫大脑的特殊「转向」神经元。经过修饰后的神经元被光脉冲激活后,将接收到的信号传送到翅膀,从而激发昆虫飞向指定的方向。








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