Att upptäcka farliga gaser i kollapsade byggnader på grund av jordbävningar eller explosioner och att lokalisera offer på svåråtkomliga platser är bland användningsscenarier för Smelling Nano Aerial Vehicle (SNAV), en nanodron designad och skapad av forskarna Santiago Marco och Javier Burgués från fakulteten för fysik vid University of Barcelona och Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC).

En drönare är ett flygplan som styrs av fjärrkontroll. Nanodroner är operativa plattformar som väger mindre än 250 gram.

SNAV nanodronen, beskrivs för första gången i en artikel i tidskriften Sensorer , väger 35 gram och är designad för att flyga och identifiera gaser i scenarier som andra avlägsna fordon inte kan navigera. Den har nanometriska MOX-gassensorer som kan reagera på gaser som kolmonoxid (CO) eller metan (CH ₄ ) och andra organiska flyktiga föreningar (etanol, aceton, bensen, etc.), med en detektionströskel i storleksordningen en del per miljon i volym (ppmv).

Till skillnad från andra större prylar, SNAV kan arbeta i interiöra utrymmen och kan arbeta i stora områden där den kemiska utsläppskällan är svår att komma åt (undertak, luftkanalsystem, etc.).

SNAV:från att upptäcka giftiga gaser till att rädda offer

Den här nya enheten skulle vara särskilt användbar vid "räddningsoperationer i kollapsade byggnader på grund av jordbävningar och explosioner. SNAV kan upptäcka giftiga gaser och till och med de föreningar som medvetslösa offer andas ut, och leta efter droger eller sprängämnen på platser som är svåra att komma in, säger Santiago Marco, huvudforskare vid IBEC och medlem av institutionen för elektronisk och biomedicinsk teknik vid UB, som ledde den nya forskningsstudien.

I dessa situationer efter en jordbävning eller explosion, Räddningsteam har vanligtvis tränade hundar för att hitta offer. Möjligheten att använda autonoma robotar i dessa uppgifter är ett nytt alternativ.

"Markbaserade robotar brukade fokusera sökningen på området kemisk signalbaserad lokalisering. Idag, alternativet att använda nanodroner breddar robotarnas förmåga och snabbhet att röra sig inom ett inre utrymme och övervinna hinder som trappor, säger Marco, chef för intelligent signalering för sensorsystem inom bioteknik, UB-IBEC.

Att övervinna effekterna av turbulens och navigeringsproblem

Begränsningar avseende vikt och användning av nanodronen och de negativa effekterna av rotorns turbulens på sensorsignalerna är stora brytpunkter för design och teknisk utveckling av nanodroner som SNAV. För att övervinna den negativa effekten av turbulens, som påverkar datainsamlingsprocessen, UB-IBEC-teamet tillämpade signalprocedurtekniker som får användbar information från sensorerna i SNAV.

En annan kritisk punkt är självlokaliseringen av nanodronen i handlingsscenarier. I allmänhet, kontrollmekanismen för drönare som flyger stora avstånd i öppna ytor är baserad på ett GPS-navigeringssystem. Dock, detta är inte ett gångbart alternativ för enheter som flyger inom inre utrymmen.

"Den nya nanodronen har accelometrar och gyroskop som hjälper till att navigera, men utan den förväntade precisionen för lokalisering. Därför, denna funktion är baserad i en serie av sex radiofrekvenssändtagare placerade i kända positioner, och en transceiver på samma drönare. Detta system låter oss flyga nanodronen till den position vi vill ha, säger Javier Burgués (UB-IBEC), första författare till studien.

Nya algoritmer inspirerade av djurens beteende

Som en del av studien, UB-IBEC-teamet av experter arbetade på SNAV-plattformen, kalibrera sensorerna och kontrollera dess funktioner samt programmera algoritmerna för databehandling, kommunikation och robotnavigering. Alla robotnavigeringsförsök från SNAV genomfördes vid Örebro universitet (Sverige) i samarbete med experterna Víctor Hernández och Achim J. Lilienthal.

Forskarna har för avsikt att utforska bioinspirerade navigeringsalgoritmer baserade, till exempel, på beteendet hos insekter som myggor eller nattfjärilar. "En annan linje vi vill arbeta på är sammanslagning av data från flera gassensorer för att öka selektiviteten mot vissa föreningar av intresse. I det här fallet, forskare skulle arbeta med experiment i komplexa scenarier och med kemiska störningar, säger Santiago Marco.