Зачем нужны киборги-насекомые
Представьте человека, оказавшегося под обломками после землетрясения. К нему по завалам приближается таракан, покрытый электроникой, с пружинной иглой на спине. Зрелище может быть неприятным, но такой прототип спасательного киборга однажды сможет доставить помощь пострадавшим, до которых спасатели не доберутся быстро.
Учёные несколько десятилетий изучают киборгов-насекомых как способ обойти самые сложные проблемы робототехники. Так объясняет Т. Танг Во-Доан, директор лаборатории биоробототехники Университета Квинсленда в Брисбене, Австралия. Именно эта лаборатория недавно опубликовала работу о «параборгах».
Создать робота размером с насекомое, который надёжно передвигается по завалам, взбирается на неровные поверхности, поднимается после падений, несёт собственный источник питания и при этом сохраняет место для полезных датчиков, чрезвычайно сложно. У самого насекомого уже есть большая часть необходимых навыков передвижения. Поэтому исследователи подключают к нему электронный интерфейс, вместо того чтобы создавать искусственную копию каждой части тела с нуля.
Ранее учёные уже показывали, что могут управлять кибернетическими жуками и мотыльками. В основном такие эксперименты ограничивались контролем перемещений насекомых, которые использовались как пассивные платформы для датчиков.
В 2023 году Во-Доан и его коллега Тхань Нхо До обсуждали киборгов для поисково-спасательных работ незадолго до Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации. Исследователи задумались, что должно происходить после того, как насекомое обнаружит человека под завалами: сможет ли оно не только найти пострадавшего, но и оказать ему какую-то помощь, пока спасатели пробираются к месту?
Для экспериментов робототехники выбрали гигантских роющих тараканов Macropanesthia rhinoceros, обитающих в Австралии. Им требовалось насекомое, способное переносить большой груз — больше половины собственного веса. При массе около 40 граммов этот вид считается самым тяжёлым среди тараканов. Крупных насекомых также проще оперировать для установки кибернетических интерфейсов.
На тараканов закрепили лёгкую электронику. Электроды имплантировали в оба усика и в небольшие похожие на хвост отростки — церки. При беспроводной активации с помощью игрового пульта управления электроды заставляли тараканов поворачивать налево или направо, двигаться вперёд либо останавливаться.
Кроме того, насекомых оснащали беспроводной камерой или дистанционно управляемым устройством для инъекций. Пружина выстреливала из него шприцем с лекарством в расположенную рядом цель. Химическая реакция внутри шприца создавала облако углекислого газа, давление которого выталкивало содержимое в цель.
Параборгов планируют использовать группами: одни тараканы будут нести камеры, другие — устройства для инъекций с потенциально жизненно важными лекарствами. Учёные не стали устанавливать оба устройства на одного таракана: дополнительный вес и объём могли бы ухудшить его способность передвигаться по сложной местности, а энергопотребление сократило бы время работы. Поэтому исследователи предлагают распределить роли между разными специализированными киборгами.
Результаты испытаний
В проверочных экспериментах параборги проходили маршрут длиной 2,5 метра, преодолевали три контрольные точки, а затем запускали иглы в силиконовую цель размером 8 × 10 сантиметров. За 25 попыток тараканы каждый раз завершали маршрут и в 72% случаев успешно вводили содержимое шприца в цель.
При этом тараканы остаются живыми и используют собственные способности насекомых, чтобы передвигаться по сложной местности. Исследователи управляют ими дистанционно, но не контролируют каждое движение.
Два крупных таракана с электроникой в рюкзаках перемещаются вокруг камней и по песку
Источник: spectrum.ieee.org
Как подготовить технологию
Учёные признают, что пострадавший, уже оказавшийся под завалами или получивший травмы, может сначала испугаться приближающегося киборга-насекомого. Чтобы было понятно, что таракан участвует в спасательной операции, ему можно добавить мигающие огни, заметные аварийные обозначения или небольшой динамик с сообщением вроде «помощь уже в пути». По словам Во-Доана, сделать технологию понятной и приемлемой для людей так же важно, как обеспечить её работоспособность.
В дальнейшем команда хочет решить несколько практических проблем:
Отдельная сложность связана с тем, что киборги остаются живыми существами со своим поведением. Исследователи не управляют ими так же, как обычными колёсными роботами. Электрическая стимуляция влияет на направление движения, но значительную часть перемещений таракан выполняет и контролирует сам.
Из-за этой непредсказуемости параборгам понадобятся более совершенные бортовые системы. Они должны определять положение насекомого и отслеживать его действия, чтобы исследователи могли понять, когда таракан отклонился от маршрута или стал хуже реагировать на команды.
До применения на людях далеко
Во-Доан подчёркивает, что речь пока не идёт о медицинском устройстве, готовом к использованию на людях. Настоящие места катастроф наполнены нестабильными обломками и узкими проходами, а связь там может работать плохо. Учёным ещё предстоит проверить, как в таких условиях взаимодействуют насекомое, электроника и устройство для инъекций.
Остаются и другие вопросы: какие лекарства использовать и в какой дозировке, как обеспечить стерильность, насколько безопасна игла, как добиться надёжности системы и какие требования регулирования придётся выполнить.
В конечном счёте исследования кибернетических тараканов могут повлиять и на разработку обычных роботов. По словам Во-Доана, насекомые способны раньше предоставить некоторые полезные возможности и одновременно помочь создать полностью искусственные системы будущего.
Результаты работы исследователи подробно описали в прошлом месяце в журнале Advanced Science.
Ежедневные новости об ИИ
Каждый день отбираем важные новости об ИИ, роботах и метавселенных и рассказываем главное — без хайпа и воды. Если хотите понимать, что происходит в ИИ раньше остальных, — подписывайтесь.
Только важное — каждый день
В Telegram