16/10/2024
Door Ad Spijkers
Het slaan van vleugels helpt zijdevlinders bij de detectie van feromonen, wat nieuwe inzichten biedt voor het lokaliseren van geurbronnen door robotica.
De zijdevlinder (Bombyx mori) is een insect dat wordt gekweekt voor de productie van zijde. De mannetjes gebruiken hun antennes om feromonen te detecteren die door vrouwtjes worden uitgestoten. De mannetjes reageren acuut en zijn gebruikt als modelinsecten voor de studie van hun geurbronlokalisatie.
Zijdevlinders slaan hun vleugels (waaieren genoemd) als ze feromonen terwijl deze door de lucht bewegen detecteren, ook al vliegen de vlinders niet. De luchtstromen die worden geproduceerd door het slaan van vleugels heeft ongetwijfeld een sterke invloed op geurdetectie. Het effect van dit klappen van vleugels was echter niet kwantitatief bekend.
Modellering
Om deze vraag te beantwoorden, onderzocht een groep wetenschappers van Chiba University (35 km oostelijk van het centrum van Tokyo) en de University of Tokyo hoe Bombyx mori feromonen detecteert. Bij hun onderzoek maakten ze gebruik van hogesnelheidsfotogrammetrie. Bij deze techniek leggen hogesnelheidscamera's de beweging en geometrie van objecten vast. De onderzoekers reconstrueren de beelden om de aerodynamische gevolgen van vleugelbewegingen van de vlinder op de computer te analyseren.
Ze registreerden nauwkeurig de vleugelbewegingen tijdens het waaieren en bouwden een gedetailleerd computermodel van de insecten en de omringende luchtstroom. Met behulp van de gesimuleerde gegevens berekenden ze vervolgens de beweging van deeltjes die lijken op de feromoonmoleculen rond de waaierende zijdevlinder.
Bevindingen
Een van de belangrijkste bevindingen van het onderzoek was dat de zijdevlinder het feromoon selectief van voren bemonstert. De vlinder verkent de ruimte door zijn lichaam te draaien terwijl hij waaiert om de feromoonbronnen te lokaliseren. De gerichte bemonstering van de feromoonmoleculen is handig bij het zoeken naar een geurbron, aangezien de vlinder de richting van de geurpluim kan bepalen bij de detectie van het feromoon.
Niet onverwacht reiken de implicaties van dit onderzoek verder dan de studie van insecten. De inzichten die zijn verkregen uit de manier waarop de zijdevlinder de luchtstroom manipuleert, kunnen leiden tot vooruitgang in robotachtige technologieën voor het lokaliseren van geurbronnen. Een onderzoeksteam werkt aan de ontwikkeling van drones die zijn uitgerust met insectenantennes voor geurdetectie, met mogelijke toepassingen zoals het lokaliseren van personen in noodgevallen.
De bevindingen van deze studie benadrukken het belang van het creëren van een gerichte luchtstroom bij het zoeken naar geurbronnen met behulp van vliegende robots. Dit omvat het zorgvuldig aanpassen van de oriëntatie van de drone en de configuratie van de propellers en geursensoren om de detectiemogelijkheden te optimaliseren.
Vervolg
De studie benadrukt de noodzaak voor toekomstig onderzoek om rekening te houden met omgevingsfactoren zoals luchtstroomturbulentie en antennestructuur, die ook van invloed zijn op geurdetectie. Momenteel vertrouwen robots sterk op visuele en auditieve sensoren voor navigatie. Zoals bij rampen is aangetoond door reddingshonden kan het gebruik van de reukzin effectief zijn voor het lokaliseren van mensen. De toepassing van geurdetectie in robots staat nog in de kinderschoenen, maar dit onderzoek kan helpen bij de ontwikkeling van robots die in rampsituaties efficiënt naar geurbronnen zoeken.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: PxHere