創新生物混合無人機：用蠶蛾觸角嗅出未來

傳統無人機依賴視覺感測器進行導航，然而，潮濕、低光線和灰塵等環境條件往往會影響其效能，尤其在災區救援中顯得力不從心。為瞭解決這一問題，日本研究團隊開發了一款創新的生物混合無人機，結合了機器人技術與蠶蛾的嗅覺觸角。這項技術融合了機器人的靈活性與生物感應機制，有望在導航、氣體偵測及災難應對等領域大幅提升無人機的應用價值。

隨著科技進步，無人機的應用範疇日益廣泛，包括導航、氣體偵測、基礎設施與交通監控、影像拍攝及災難應對等。然而，傳統無人機的導航系統主要依賴熱成像和光學雷達（LiDAR）等視覺感測器，這些技術在低光線、灰塵或潮濕環境下容易失效，因此亟需更具適應性的替代方案。

自然界中，動物、鳥類和昆蟲天生具備基於嗅覺的導航系統，幫助牠們尋找食物、躲避天敵並吸引配偶，從而提升生存機率。例如，雄性蛾類能夠透過「氣味源定位」過程，偵測到數公里外的風傳性費洛蒙。將這些生物感應機制與先進的人工機械結合，生物混合無人機有望克服現有機器人技術的侷限性。

由日本信州大學機械工程與機器人學系副教授寺月大悟（Daigo Terutsuki）領導的研究團隊，與千葉大學的仲田俊之（Toshiyuki Nakata）和福井千尋（Chihiro Fukui）合作，利用蠶蛾觸角開發出一款能夠嗅覺追蹤的生物混合無人機。這項研究已發表於《npj Robotics》期刊。

寺月博士解釋道：「我們團隊持續開發利用活體昆蟲觸角作為氣味感測元件的生物混合無人機。這項研究旨在結合生物體的動態運動機制，大幅提升無人機的氣味追蹤效能。我們相信，這項技術將能更有效地偵測氣味，並擴大在救援行動中的應用。」

研究團隊先前開發了一款配備昆蟲觸角電觸角圖（EAG）感測器的生物混合無人機，其靈敏度與專一性極高，但偵測範圍僅限於兩公尺內。在最新研究中，團隊進一步模擬昆蟲的生物過程，改進了這項技術。昆蟲在氣味追蹤過程中會間歇性停頓以提升搜尋精準度，而傳統機器人模型缺乏這種停頓機制，可能影響偵測範圍。

為此，研究人員引入了一種「階梯式旋轉演演算法」，模擬昆蟲在氣味感測時的停頓行為，顯著提升了偵測精準度。此外，團隊重新設計了電極與EAG感測器，使其更有效地與蠶蛾觸角結構相容。感測器與觸角的無縫介面大幅提升了系統的效能與操作性。

團隊還使用漏斗形外殼降低氣流阻力，並在外殼內部塗覆導電塗層，以減少靜電幹擾。這些改進使無人機能在不同環境條件與氣味濃度下，有效偵測氣味源，偵測範圍可達5公尺。

這款氣味感測生物混合無人機的多元應用潛力，可能徹底改變關鍵基礎設施的氣體洩漏偵測、火災早期預警、機場公共安全（如偵測毒品與爆炸物），以及災難應對中的救援行動。這項技術尤其適合地震等自然災害頻發地區的救援工作。

寺月博士總結道：「傳統的搜救行動依賴人工視覺搜尋，因為缺乏能高效定位受困者的技術。這款先進的生物混合無人機有望讓救援人員透過追蹤氣味迅速找到倖存者，在分秒必爭的救援行動中拯救更多生命。」