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設(shè)備與工具
研究人員制造的無人機(jī)
能夠自動識別和跟蹤特定氣味的機(jī)器人可以有廣泛的有價(jià)值的應(yīng)用。例如，在發(fā)電廠發(fā)生危險(xiǎn)事故、爆炸或其他災(zāi)難后，它們可以幫助識別空氣中有害化學(xué)物質(zhì)的來源。
然而，迄今為止，事實(shí)證明，開發(fā)能夠可靠地識別和追蹤氣味的機(jī)器人具有挑戰(zhàn)性。事實(shí)上，它通常需要有效集成高性能氣味傳感器、最先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)算法、可靠的機(jī)器人平臺和運(yùn)動規(guī)劃器。
日本大阪大學(xué)、軟銀公司和東京工業(yè)大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種小型無人機(jī)，可用于在搜救行動或旨在保護(hù)環(huán)境的任務(wù)中追蹤化學(xué)羽流。這架無人機(jī)發(fā)表在IEEE 儀器與測量學(xué)報(bào)上的一篇論文中，它基于一種稱為粒子圖像測速的氣流可視化技術(shù)。
“使用無人機(jī)進(jìn)行 3D 氣味源定位的研究仍處于發(fā)展階段?！边M(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一 Shunsuke Shigaki 說：“在我們之前的研究中，我們在無人機(jī)上安裝了一個(gè)或兩個(gè)氣味傳感器，無人機(jī)在高度和側(cè)風(fēng)方向廣泛移動以尋找氣味源。我們發(fā)現(xiàn)這種方法效率很低，并且考慮到無人機(jī)的飛行時(shí)間很短，有必要顯著提高 3D 氣味跟蹤性能?！?/p>
Shigaki 和他的同事創(chuàng)造的手掌大小的無人機(jī)基于粒子圖像測速技術(shù)，這是一種光學(xué)技術(shù)，可以同時(shí)測量氣流中整個(gè)區(qū)域的速度場。研究人員專門使用這種技術(shù)來確定化學(xué)物質(zhì)到達(dá)的方向。
為了從三個(gè)維度監(jiān)測空氣中的化學(xué)物質(zhì)，該團(tuán)隊(duì)在無人機(jī)的上表面和前表面集成了氣味傳感器。為了適應(yīng)這種獨(dú)特的傳感器布置，他們開發(fā)了一種 3D 浪涌鑄造算法，其靈感來自飛蛾可以追蹤化學(xué)羽流的生物機(jī)制。
“我們研究組的優(yōu)勢在于我們擅長氣流可視化技術(shù)?！盨higaki 說：“關(guān)注無人機(jī)產(chǎn)生的氣流變化，我們注意到無人機(jī)吸入氣味的方式因氣味源的高度而異。因此，我們設(shè)計(jì)了一種氣味傳感器布置和一種算法，無論從哪個(gè)方向都能持續(xù)跟蹤氣味它來自?！?/p>
研究人員在一系列氣流可視化和定位實(shí)驗(yàn)中評估了他們提出的化學(xué)羽流跟蹤無人機(jī)。值得注意的是，他們發(fā)現(xiàn)他們開發(fā)的算法優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)羽流跟蹤算法，即使在風(fēng)向不斷變化的情況下也能有效跟蹤氣味。
未來，由 Shigaki 和他的同事開發(fā)的手掌大小的無人機(jī)和化學(xué)羽流跟蹤算法可以為創(chuàng)建性能更好的機(jī)器人系統(tǒng)鋪平道路，以檢測氣味和識別其來源。在他們接下來的研究中，研究人員還計(jì)劃改進(jìn)他們的設(shè)計(jì)，以確保化學(xué)羽流跟蹤系統(tǒng)在不確定、雜亂和未映射的環(huán)境中也能表現(xiàn)良好。
研究人員的系統(tǒng)接近氣味的來源。
“氣味擴(kuò)散非常復(fù)雜，但我們提出的傳感器排列和算法組合可以實(shí)現(xiàn)高效的氣味源定位?！盨higaki 解釋道：?！拔覀兿Ｍ覀兊奶嶙h將成為無人機(jī)嗅覺的基本技術(shù)。我們現(xiàn)在希望通過開發(fā)一種系統(tǒng)來為安全做出貢獻(xiàn)，該系統(tǒng)可以通過使用多架無人機(jī)搜索多種氣味源來快速搜索危險(xiǎn)化學(xué)品或爆炸物?！?/p>
2025-08-26 13:49
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