Сингапурські вчені створили гібридну систему «комаха-комп’ютер» та оснастили мадагаскарських тарганів імплантованим електродами в органи чуття комп’ютером і інфрачервоною камерою. Таких модифікованих комах планують використовувати для пошукових операцій. Тарган біжить у той бік, куди його направляють струмом, а камера допоможе шукати людей за їхнім теплом, наприклад, у пошкоджених землетрусами будівлях. Детальніше про пошук тарганом людей вчені описали у статті, доступній на сервісі препринтів arXiv.
NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY
Чому для пошуків обрали тарганів?
Швидке виявлення постраждалих у завалах будівель є головним чинником, що впливає на їхній успішний порятунок. Рятівники мають бути впевненими у місцезнаходженні жертви, однак у складно доступних для людей умовах, навіть за три години знайти постраждалого важко. Так для виявлення використовують спеціально навчених собак, сейсмічні датчики та камери. Однак, отримані таким чином дані важко обробляти, інструменти мають обмежений діапазон роботи та є дуже чутливими до умов навколишнього середовища. У цьому сенсі розробка міні-роботів розміром до 10 сантиметрів може значно підвищити ефективність пошукових операцій. Втім, до них ставляться певні вимоги.
По-перше, вони мають бути достатньо легкими і маленькими, щоб проникати крізь завали і визначати місцезнаходження жертв всередині. По-друге, у них має бути високий рівень мобільності, необхідний для автономного подолання перешкод навіть без команд віддаленого оператора. Так дослідники вже створювали придатних для пошукових операцій міні-роботів, які можуть ходити, повзати, підніматися та літати. Однак, не існує роботів, здатних автономно переміщуватися невідомими середовищами. І в цьому вина на вимогах до розмірів і потужності: їм необхідні складні механічні системи, щоб долати перешкоди, і вони забирають більшість енергії, тож вже за три-п’ять хвилин робот втрачає заряд. Такі роботи мають знаходити компроміс з вагою, розміром і споживаною потужністю.
Як перетворити їх на пошукачів?
Альтернативним рішенням, щоб обійти всі ті обмеження, може бути використання гібридних систем комаха-комп'ютер, так званих комах-кіборгів або біоботів. Загалом це поєднання живих тварин із мініатюрними електронними контролерами, які дають змогу керувати рухом комахи. Завдяки їхній невеликій масі та природному вмінню літати, ходити і загалом відчувати навколишнє середовище, такі біоботи можуть легко виконувати задачі з пошуку людей у складних умовах. Так раніше інженери вже розробляли подібні гібридні системи із метеликами, гігатськими жуками і тарганами, польотом і рухом яких можна було керувати дистанційно. У своїй роботі вчені оснастили мадагаскарських шиплячих тарганів крихітними комп'ютерами, підключеними до електродів, імплантованими в церки праворуч і ліворуч.
Коли до них прикладали струм, комаха починала рухатися у тому напрямку та зупинялася, коли струм припинявся. Комахи із успіхом в 94 відсотки долали змодельоване середовище та навіть перелазили і обходили перешкоди. З камерою дослідники змогли розрізняти людей у середньому із точністю у 87 відсотків. За їхніми словами, тарган зможе так пропрацювати 2,2 години, використовуючи батарею, яку йому буде не складно нести. Оскільки тарган сам собі забезпечує рух, дальність дії значно вища, ніж у роботизованих систем, а завдяки своїй природній здатності долати перешкоди, гібридна система комаха-комп'ютер вимагає набагато більш простого обладнання та алгоритму управління. Крім того, оскільки платформа контролюється за допомогою електричного стимулу на нервових, нервово-м'язових і сенсорних ділянках, для контролю знадобиться всого кілька мікровольт, що значно знижує енергоспоживання і дає змогу брати участь в операціях, які вимагають більше кількох годин часу.
Як комаха себе почувала?
Самців мадагаскарських шиплячих тарганів (Gromphadorhina portentosa) інженерам дозволило використовувати Національне агенство з навколишнього середовища, а комах щотижня годували скибочками моркви. Таргана спершу анестезували вуглекислим газом в герметичному контейнері протягом 30 секунд, а потім за допомогою клею до нього почепили «рюкзак» з обладнанням та встановили електроди приблизно на п’ять міліметрів. Дослідники вважають, що системи «комаха-комп’ютер» значно краще справлятимуться із пошуковими завданнями, а у майбутньому планують наділити своїх тарганів датчиком відстеження, щоб слідкувати за ними у реальному часі, та підвищити швидкість реакції рятувальної команди.