∆уки-киборги вылетели на пробную разведку

20.03.2009, 10:15



∆уки-киборги вылетели на пробную разведку
¬ойдЄт ли этот рейс в будущие учебники по биоинженерии? ѕлан полЄта: “0 Ц начало записи (жук летит к оператору с ноутбуком), “1 (0,6 с) Ц человек подаЄт команду "налево", насекомое отвечает манЄвром, “2 (1,6) Ц выполнена команда "направо", “3 (3,1 с) Ц снова команда "налево", “4 (4,2) Ц "направо", “5 (4,8 с) Ц жук сел на занавесе (фото MEMS 2009 Technical Digest).

Ќасекомые, управл€емые с пульта ƒ”, присутствуют не в одном фантастическом фильме и рассказе. Ќезаметные и ловкие разведчики, оставл€ющие позади любой микроскопический беспилотник, до сих пор виделись военным лишь в сладких снах. Ќо если есть заказ, учЄные и инженеры рано или поздно его выполн€т.

Ќебезызвестное научно-исследовательское агентство ѕентагона DARPA ещЄ в 2006 году открыло тему "скрещивани€" насекомых с микроэлектромеханическими системами — Hybrid Insect MEMS. «а превращение разнообразных букашек в киборгов вз€лись сразу несколько коллективов. ќсобенно интенсивно работа закипела в "совместном предпри€тии" специалистов из  алифорнийского в Ѕеркли (University of California at Berkeley) и ћичиганского (University of Michigan) университетов.

Ќемало экспериментаторы поломали головы над оптимальной системой управлени€ насекомыми. ¬ 2008 году группа под руководством ћайкла ћахарбица (Michel Maharbiz) показала общественности первые успехи: сигналы, подаваемые на имплантированные в жуков электроды, заставл€ли последних начинать или прекращать махать крыль€ми (в зависимости от пол€рности напр€жени€).

–анние опыты с жуками-киборгами в университете  алифорнии (кадры Maharbiz Research Group).


–анние опыты с жуками-киборгами в университете  алифорнии (кадры Maharbiz Research Group).

¬ первых опытах жуки были закреплены неподвижно, а сигналы посылались по проводкам. ƒалее учЄные сумели отв€зать своих подопечных: крошечные схемы управлени€ научились помещать на самих насекомых. ѕри этом подачей импульсов на отдельные мышцы, а также Ц при помощи полоски светодиодов, расположенной перед глазами летающего существа, исследователи научились задавать жуку направление движени€.

Ќо последовательность команд была зашита в пам€ти микросхемы, так что насекомое могло выполн€ть только жЄстко предписанный "план полЄта". „тобы получить подлинное ƒ”, нужно было добавить радиоканал. ј это увеличивало вес электроники, что грозило насто€щим тупиком.

» вот в начале 2009 года объединЄнна€ команда двух университетов порадовала продолжением темы: впервые были "созданы" летающие насекомые-киборги с радиоуправлением.

 омплекс дистанционного управлени€ жуком (упрощЄнно): a) жук-киборг, b) ноутбук с подсоединЄнным через USB радиопередатчиком, c) приЄмник, d) антенна, e) стимулирующие правый и левый "лобовые" электроды, f) летательные мускулы g) контрэлектрод (фотографии MEMS 2009 Technical Digest).


 омплекс дистанционного управлени€ жуком (упрощЄнно): a) жук-киборг, b) ноутбук с подсоединЄнным через USB радиопередатчиком, c) приЄмник, d) антенна, e) стимулирующие правый и левый "лобовые" электроды, f) летательные мускулы g) контрэлектрод (фотографии MEMS 2009 Technical Digest).

¬ конце €нвар€ американские умельцы выступили в »талии на международной конференции по микроэлектромеханическим системам IEEE MEMS 2009. ѕредставл€л работу один из еЄ авторов ’иротака —ато (Hirotaka Sato).

∆уки-носороги (Mecynorrhina torquata), использованные в данном эксперименте, насчитывали от 4 до 8 сантиметров в длину и весили от 4 до 10 граммов. »м имплантировали шесть электродов в мускулы и "мозги", а команды на взлЄт, посадку или разворот теперь могли подаватьс€ на рассто€нии Ц с ноутбука.

ƒл€ этого авторы исследовани€ собрали крошечные контролирующие устройства, которые преобразовывали команды, принимаемые по радиоканалу, в электрические импульсы, подаваемые на электроды. Ёти контроллеры и наклеили на спины подопытным создани€м.

”правл€ющее устройство, вид сверху и снизу. Ќеобычные приборчики были собраны из электронных компонентов от р€да известных промышленных компаний, в частности Texas Instruments (фотографии MEMS 2009 Technical Digest).


”правл€ющее устройство, вид сверху и снизу. Ќеобычные приборчики были собраны из электронных компонентов от р€да известных промышленных компаний, в частности Texas Instruments (фотографии MEMS 2009 Technical Digest).

ѕлата с микросхемой, приЄмопередатчик, работающий на частоте 2,4 √√ц, дипольные антенны, аккумул€тор на 8,5 миллиамперчаса — такова получилась ноша жуков-киборгов. ј пот€нула она всего на 1,33 грамма, что меньше предельной грузоподъЄмности жука-носорога, который может взлететь с трем€ граммами "на борту". Ёто, кстати, одна из причин, по которым дл€ новых опытов выбрали данных созданий: не каждый жук поднимет даже такой крошечный электронный модуль.

¬ среднем через полсекунды после электростимул€ции соответствующего нерва жуки поднимались в воздух. ¬еро€тность успеха при нажатии на ноутбуке кнопки "взлЄт" составила 97% (29 выполненных команд из 30 попыток). ¬ самом же полЄте жуки успешно маневрировали по распор€жени€м учЄных (выполн€лись простые сигналы "вправо" и "влево").

ѕричЄм, как оказалось, дл€ уверенной коррекции курса не требовалось светить в правый или левый глаз создани€ белыми светодиодами (как в прошлом году), достаточно было просто подавать электрические импульсы сразу в зрительные участки нервной системы.

»мплантаци€ электродов выполн€етс€ ещЄ на стадии куколки, а полный комплект оборудовани€ добавл€ют уже к взрослой особи. ѕричина Ц внедрение электродов сразу во взрослого жука с высокой веро€тностью приводит к его гибели в течение короткого времени. јналогично происходит дело и с попыткой имплантации контактов в личинку. <br></br>» только в случае куколки электроды постепенно зарастают молодой тканью и оказываютс€ без последствий интегрированы в насекомого, причЄм получаетс€ прочный механический и электрический контакт.  стати, такой подход примен€ют и другие группы, работающие в данном направлении (иллюстраци€ Maharbiz Research Group).


»мплантаци€ электродов выполн€етс€ ещЄ на стадии куколки, а полный комплект оборудовани€ добавл€ют уже к взрослой особи. ѕричина Ц внедрение электродов сразу во взрослого жука с высокой веро€тностью приводит к его гибели в течение короткого времени. јналогично происходит дело и с попыткой имплантации контактов в личинку.

» только в случае куколки электроды постепенно зарастают молодой тканью и оказываютс€ без последствий интегрированы в насекомого, причЄм получаетс€ прочный механический и электрический контакт.  стати, такой подход примен€ют и другие группы, работающие в данном направлении (иллюстраци€ Maharbiz Research Group).

»сследователи полагают, что жуки могут сыграть роль универсальных платформ дл€ разнообразных датчиков, в том числе — микроскопических видеокамер. “ут оп€ть-таки американские учЄные похвалили своих труд€г-носорогов, отметив, что их предельна€ грузоподъЄмность в 3 грамма, за вычетом 1,3 грамма на схему управлени€, означает возможность смонтировать на спине насекомого целевую нагрузку весом 1,7 грамма.

”читыва€ спонсорство DARPA, нетрудно предсказать военное применение новой технологии. Ќо сами разработчики жуков-киборгов отмечают, что гражданское применение также возможно. —кажем, можно вообразить поиск пострадавших в завалах.

ƒолгосрочна€ цель проекта и вовсе фантастична — учЄные мечтают максимальным образом задействовать собственные возможности насекомого. «ачем нужна камера, если у жука есть глаза? ћожет, лучше научитьс€ снимать сигнал с них и кодировать его в радиоимпульсах, передава€ картинку на компьютер? ј "т€жЄлый" аккумул€тор дл€ электроники в будущем может уступить место системе, извлекающей толику энергии из самого насекомого, благо он прекрасно умеет пополн€ть еЄ запасы (то есть кормитьс€).

ћотылЄк, прошедший "тюнинг" в университете  орнелла (иллюстраци€ MEMS 2009 Technical Digest).


ћотылЄк, прошедший "тюнинг" в университете  орнелла (иллюстраци€ MEMS 2009 Technical Digest).

ѕервое приближение к такой перспективе показала на всЄ той же конференции MEMS 2009 друга€ команда исследователей из университета  орнелла (Cornell University). ќна превратила мотылька Manduca sexta (табачный бражник) в летающий химический сенсор.

 ак и в предыдущем примере, авторы этой работы имплантировали электроды в насекомое на стадии куколки. Ќесколько контактов с определЄнными дол€ми нервной системы (внедрЄнных в голову существа) позволили снимать впоследствии чЄткий электрический сигнал при "экспозиции" бабочки р€ду химических соединений.

÷елевые молекулы, к которым чувствительно это насекомое, вызывали в 10 раз более сильный отклик, чем нецелевые. ј это значит, что, по идее, совместив биоинженерию (те же MEMS) и генетические модификации насекомых, можно построить живые датчики, облетающие местность по заданному маршруту и передающие по радио результаты измерений.

ƒо полноценного управлени€ насекомыми, конечно, ещЄ далеко. Ќо ведь  орнеллом, Ѕеркли и ћичиганом список университетов, где работают над насекомыми-киборгами, не исчерпываетс€. » можно предсказать новые успехи на данной ниве. “ак что сны генералов понемногу сбываютс€.


 лючевые слова:
электроды
управлени€
насекомое
Technical
иллюстраци€
киборгов
Research
жуков
университет
University
фотографии
ћикророботы
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

ћикророботы


 ачественные вентили http://www.pnevmo-elektro.ru/shop/pnevmaticheskie_sistemy_upravle... ≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.