Как роботы-насекомые изменят мир

russian-robot-in-spaceУченые в последнее время далеко продвинулись на пути создания насекомых-киборгов. Почти каждую неделю появляются новости о создании новых механических жучков и паучков с элементами интеллекта. Почему именно насекомые — лучшие кандидаты в киборги? Смогут ли насекомые-киборги помочь инженерам в разработке лучшего самолета или в раскрытии секретов человеческого мозга?

С одной стороны, их система передвижения, в большинстве случаев, гораздо сложнее, чем у большинства млекопитающих. Кроме того, насекомые имеют открытые системы кровообращения, они быстро восстанавливаются после операций и повреждений. Их подвижность и навигационные способности делают их отличными киборгами и великолепными образцами для изучения движения и полета в целом.

Люди думают, что насекомые — это достаточно простые существа, однако это не соответствует действительности. Маленькие насекомые так же сложны и разнообразны, как и большие животные.

Вот несколько примеров того, как роботы-насекомые могут изменить наш мир.

Живые аккумуляторные батареи

Перед установкой механизмов или аппаратуры на насекомых вам необходимо позаботиться об источнике питания для этой техники. Почему бы не использовать ту же энергию, которую создает метаболизм насекомых, то есть превращать употребляемую пищу в молекулярную энергию. Например, когда ферменты в организме тараканов расщепляют сахар, на выходе получается весьма полезный побочный продукт: электроны.

Исследователи из Западного резервного университета Кейза (Case Western Reserve) помещали в таракана проводник, чтобы вывести эти электроны и аккумулировать электричество. Несмотря на то, что таракан производит лишь крошечный потенциал, который равен одной десятимиллионной от необходимой для питания лампочки в 100 Вт мощности, этой энергии может быть достаточно для питания миниатюрных электронных устройств. Работа над тем, как накопить и сохранить энергию, произведенную тараканами, продолжается, и в будущем, в случае успеха, они могут превратиться в живые батарейки.

Преимущество насекомых в том, что они очень устойчивы к повреждениям, поэтому имплантация электродов в их системы не сказывается на их жизнеспособности. Тараканы могут продолжать жить с имплантированным оборудованием. Очевидно, что живые, бегающие батарейки не всегда удобны, поэтому следующим шагом в создании киборгов-насекомых является поиск способов их контролировать, а особенно тех из них, которые могут летать.

Управление полетом

Для контроля над киборгами-насекомыми люди должны научиться управлять их полетом, который гораздо сложнее, чем полет самолета. Намного легче создавать модель крыльев жука, глядя на его полет с помощью замедленного видео. В Drexel University исследуют механику потоков, в том числе то, как воздушные потоки взаимодействуют с крылом летящего насекомого.

Чтобы изучить крылья и воссоздать точные модели, ученые использовали электроды для управления жуком.

При отправке электронного импульса в тело жука ученые стимулировали увеличение частоты движений крыльев. Сигналы в левое или правое глазные яблоки насекомого заставляют его поворачивать вправо или влево.

Поиск способов управления полетом жука имеет также применение, не связанное с созданием киборгов-насекомых. Изучив и воссоздав в механизмах уникальный вертикальный взлет и посадку жука, конструкторы смогут наделить этими способностями летательные аппараты.

Научившись управлять насекомым, вполне вероятно превратить его в живого жука-шпиона, снабженного крошечной видеокамерой и управляемого дистанционно. В зависимости от размера насекомого, они могут нести достаточно большую (в сравнении с их весом) «полезную» нагрузку.

Но не только жуки попадают под пристальное внимание исследователей. Группа ученых из Массачусетского технологического института, Университета Аризоны и Университета штата Вашингтон успешно имплантировали гибкий нейронный зонд, или ФНП, на брюшной нерв бабочки. Зонд был двунаправленным, что означало, что он может как посылать стимулы, так и получать сигналы от центральной нервной системы бабочки. Посылаемый сигнал заставлял бабочку отклоняться в полете влево или вправо, в то время как принятый сигнал позволял получить информацию о деятельности ее нервной системы.

Управление разумом

Многим пациентам уже имплантировали зонды, помогающие управлять мышцами. Следующим шагом, возможно, станет «подключение» непосредственно к области мозга, управляющей мышечной активностью. Однако этот вид контроля сознания требует глубоких знаний о том, как мозг посылает команды.

Исследование нервной системы насекомых позволяет узнать больше об этом процессе. В Оксфордском университете ученые используют генную инженерию, химические препараты и лазеры, чтобы изменить поведение и мозговую активность плодовых мушек. После изоляции части мозга мухи, отвечающей за определенные действия (прыжки, полеты или спаривание), инженеры определили, что эти клетки головного мозга чувствительны к свету. Попадания луча лазера на муху было достаточно, чтобы стимулировать определенное поведение. Ученым даже удалось заставить самку мухи вести себя подобно самцу, призывая другую особь к спариванию.

Опыты исследователей пошли дальше, чем просто влияние на поведение насекомого. Им удалось «имплантировать» воспоминания в мозг дрозофил, научив их определять запах и избегать ловушек.

Лучшие роботы

Киборги-насекомые могут иметь множество применений, они также могут помочь нам разработать более совершенных роботов. И могут поспособствовать в изучении человеческого мозга.

Поисково-спасательные роботы находят жертв в труднодоступных условиях, которые слишком небезопасны для спасателей-людей, но и возможности роботов не безграничны. Тараканы, с другой стороны, способны легко перемещаться по пересеченной местности. Возможно, что в будущем дизайнеры-робототехники используют в своих машинах эту способность насекомых.

Исследователи потратили около 20 лет, изучая то, как тараканы обходят препятствия. Их работа направлена на то, чтобы выяснить, каким образом нервная система насекомого решает эти проблемы. Эти знания позволят имплантировать электроды, которые будут контролировать движение насекомого, что станет еще одним шагом на пути создания «умных» роботов. Роботы смогут преодолевать препятствия более эффективно, если они будут думать и двигаться, как тараканы.

Изучение мозга насекомого может дать некоторое представление о наших собственных умах. Нейронные имплантанты могли бы помочь нейробиологам, изучающим болезни человеческого мозга.

Исследование, проведенное в 2011 году, показало, что электрическая стимуляция мозга снижает проявления болезни Альцгеймера, снижая симптомы. Усовершенствованные нейронные имплантанты могли бы помочь в лечении этой болезни. Основываясь на достигнутых результатах в кибернетике насекомых, ученые могут развивать этот вид стимуляции.

При копировании материала ссылка на сайт robotor.ru обязательна.