연구에서 누에나방의 냄새 감지가 로봇공학을 개선할 수 있는 방법을 밝혀냈습니다.

일본의 연구자들은 후각 연구에서 두드러진 곤충 모델인 길들여진 날지 못하는 누에나방( Bombyx mori )이 날개 펄럭임을 사용하여 공기 흐름을 조작하고 멀리 있는 페로몬을 감지하는 능력을 향상시키는 방법을 탐구합니다. 이러한 발견은 나방이 페로몬을 더듬이에 있는 냄새 센서로 유도하는 방법을 강조하고 냄새원 위치 파악을 위한 고급 로봇 시스템을 설계하는 잠재적인 응용 분야를 제안합니다. 이는 드론의 미래 혁신에 영감을 줄 수 있으며 로봇이 냄새원을 찾는 데 필요한 설계 지침을 제공할 수 있습니다.

누에나방( Bombyx mori )은 길들여져 더 이상 날지 않는 곤충입니다. 수컷은 더듬이를 사용하여 암컷이 방출하는 페로몬을 감지하고 매우 예민하게 반응하며 냄새 출처 위치를 연구하기 위한 모델 곤충으로 사용되었습니다. 날아다니는 곤충은 날 때 날개를 펄럭이며, 누에나방은 날지 않더라도 페로몬을 감지하면 날개를 펄럭이는 것으로 알려져 있습니다(팬닝이라고 함). 페로몬 분자는 공기 중 공간을 이동하기 때문에 날개를 펄럭이면서 생성되는 기류는 의심할 여지 없이 냄새 감지에 강한 영향을 미칩니다. 그러나 이 날개 펄럭임의 효과는 정량적으로 알려지지 않았습니다.

이 질문에 답하기 위해, 지바 대학 공과대학원의 토시유키 나카타 박사가 이끄는 과학자 그룹은 B. mori가 페로몬을 감지하는 방법을 조사했습니다. "우리는 누에나방이 날개를 펄럭여 주변에 공기 흐름을 유도함으로써 페로몬을 감지한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 이 날개 펄럭임이 나방의 냄새 근원을 찾는 능력에 미치는 정확한 영향은 불분명합니다." 나카타는 이 연구를 수행한 근거를 자세히 설명하면서 이렇게 설명했습니다. 이 팀에는 공동 1저자인 신슈 대학 섬유 과학 기술부의 다이고 테루츠키, 지바 대학 이공학 대학원의 치히로 후쿠이, 도쿄 대학 첨단 과학 기술 연구 센터의 료헤이 간자키, 지바 대학 공과대학원의 하오 류가 포함되었습니다.

2024년 8월 2일 Scientific Reports 14권에 발표된 그들의 연구는 고속 사진측량법(고속 카메라를 사용하여 물체의 움직임과 기하학을 포착하고 재구성하는 기술)을 사용하여 B. mori의 날개 움직임의 공기역학적 결과를 계산적으로 분석했습니다. 연구자들은 부채꼴로 날 때 날개 움직임을 세심하게 기록하고 곤충과 주변 공기 흐름에 대한 자세한 계산 모델을 구축했습니다. 시뮬레이션된 데이터를 사용하여 부채꼴로 날 때 누에나방 주변의 페로몬 분자와 유사한 입자의 움직임을 계산했습니다.

연구의 주요 결과 중 하나는 B. mori가 페로몬을 정면에서 선택적으로 샘플링한다는 것입니다. 나방은 몸을 회전하고 부채꼴 모양으로 공간을 스캔하여 페로몬 출처를 찾습니다. 페로몬 분자의 방향성 샘플링은 나방이 페로몬을 감지하면 냄새 깃털의 방향을 결정할 수 있기 때문에 냄새 출처를 찾을 때 특히 유용합니다.

말할 것도 없이, 이 연구의 의미는 곤충 연구를 넘어 확장됩니다. B. mori가 공기 흐름을 조작하는 방식에서 얻은 통찰력은 로봇 냄새원 위치 지정 기술의 발전으로 이어질 수 있습니다. Daigo Terutsuki 박사가 이끄는 팀은 냄새 감지용 곤충 안테나가 장착된 드론을 개발하고 있으며, 비상 시 개인을 찾는 것과 같은 잠재적인 응용 분야가 있습니다. "이 연구의 결과는 비행 로봇을 사용하여 냄새원을 찾을 때 방향성 공기 흐름을 만드는 것의 중요성을 강조합니다. 여기에는 드론의 방향과 프로펠러 및 냄새 센서의 구성을 신중하게 조정하여 감지 기능을 최적화하는 것이 포함됩니다."라고 Nakata 박사는 말합니다.

또한 이 연구는 냄새 감지에 영향을 미치는 공기 흐름 난류 및 안테나 구조와 같은 환경적 요인을 고려하기 위한 미래 연구의 필요성을 강조합니다. "현재 로봇은 탐색을 위해 시각 및 청각 센서에 크게 의존합니다. 그러나 재난 구조견에서 보여준 것처럼 후각을 활용하면 사람을 찾는 데 매우 효과적일 수 있습니다. 로봇에서 냄새 감지를 적용하는 것은 아직 초기 단계이지만, 이 연구는 재난 상황에서 냄새의 근원을 효율적으로 찾는 로봇을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다." 나카타 박사는 낙관적으로 말합니다.

요약하자면, 이 연구는 곤충의 냄새 감지 전략에 대한 우리의 지식을 발전시킬 뿐만 아니라 차세대 공중 냄새 감지 로봇을 위한 귀중한 설계 원리를 제공합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241015141348.htm