Жуки-киборги вылетели на пробную разведку
Насекомые, управляемые с пульта ДУ, присутствуют не в одном рассказе и фантастическом фильме. Незаметные и ловкие разведчики, оставляющие сзади любой микроскопический беспилотник, до сих пор виделись армейским только в сладких снах. Но в случае если имеется заказ, инженеры и учёные непременно его выполнят.
Небезызвестное научно-исследовательское агентство Пентагона DARPA ещё в 2006 году открыло тему «скрещивания» насекомых с микроэлектромеханическими совокупностями — Hybrid Insect MEMS. За превращение разнообразных букашек в киборгов взялись сходу пара коллективов. Особенно интенсивно работа закипела в «совместном предприятии» экспертов из Калифорнийского в Беркли (University of California at Berkeley) и Мичиганского (University of Michigan) университетов.
Много экспериментаторы поломали головы над оптимальной совокупностью управления насекомыми. В 2008 году несколько под управлением Майкла Махарбица (Michel Maharbiz) продемонстрировала общественности первые удачи: сигналы, подаваемые на имплантированные в жуков электроды, заставляли последних затевать либо заканчивать махать крыльями (в зависимости от полярности напряжения).
Ранние испытания с жуками-киборгами в университете Калифорнии (кадры Maharbiz Research Group).
В первых опытах жуки были закреплены без движений, а сигналы посылались по проводкам. Потом учёные сумели отвязать собственных подопечных: маленькие схемы управления обучились помещать на самих насекомых. Наряду с этим подачей импульсов на отдельные мускулы, и – при помощи полосы светодиодов, расположенной перед глазами летающего существа, исследователи обучились задавать жуку направление перемещения.
Но последовательность команд была зашита в памяти микросхемы, так что насекомое имело возможность делать лишь жёстко предписанный «замысел полёта». Чтобы получить настоящее ДУ, необходимо было добавить радиоканал. А это увеличивало вес электроники, что угрожало настоящим тупиком.
И вот в начале 2009 года объединённая команда двух университетов порадовала продолжением темы: в первый раз были «созданы» летающие насекомые-киборги с радиоуправлением.
Комплекс дистанционного управления жуком (упрощённо): a) жук-киборг, b) ноутбук с подсоединённым через USB радиопередатчиком, c) приёмник, d) антенна, e) стимулирующие левый и правый «лобовые» электроды, f) летательные мускулы g) контрэлектрод (фотографии MEMS 2009 Technical Digest).
В последних числахЯнваря американские умельцы выступили в Италии на интернациональной конференции по микроэлектромеханическим совокупностям IEEE MEMS 2009. Воображал работу один из её авторов Хиротака Сато (Hirotaka Sato).
Жуки-носороги (Mecynorrhina torquata), использованные в данном опыте, насчитывали от 4 до 8 сантиметров в длину и весили от 4 до 10 граммов. Им имплантировали шесть электродов в мозги и «мускулы», а команды на взлёт, посадку либо разворот сейчас имели возможность подаваться на расстоянии – с ноутбука.
Для этого авторы изучения собрали маленькие осуществляющие контроль устройства, каковые преобразовывали команды, принимаемые по радиоканалу, в электрические импульсы, подаваемые на электроды. Эти контроллеры и наклеили на поясницы подопытным созданиям.
Управляющее устройство, вид сверху и снизу. Необыкновенные приборчики были собраны из электронных компонентов от последовательности известных промышленных компаний, в частности Texas Instruments (фотографии MEMS 2009 Technical Digest).
Плата с микросхемой, приёмопередатчик, трудящийся на частоте 2,4 ГГц, дипольные антенны, аккумулятор на 8,5 миллиамперчаса — такова оказалась ноша жуков-киборгов. А потянула она всего на 1,33 грамма, что меньше предельной грузоподъёмности жука-носорога, что может взлететь с тремя граммами «на борту». Это, кстати, одна из обстоятельств, по которым для новых опытов выбрали данных созданий: не каждый жук поднимет кроме того таковой маленький электронный модуль.
В среднем через полсекунды по окончании электростимуляции соответствующего нерва жуки поднимались в атмосферу. Возможность успеха при нажатии на ноутбуке кнопки «взлёт» составила 97% (29 выполненных команд из 30 попыток). В самом же полёте жуки удачно маневрировали по распоряжениям учёных (выполнялись простые сигналы «вправо» и «влево»).
Причём, как выяснилось, для уверенной коррекции курса не требовалось светить в правый либо левый глаз создания белыми светодиодами (как в прошедшем сезоне), достаточно было легко подавать электрические импульсы сходу в зрительные участки нервной совокупности.
Имплантация электродов выполняется ещё на стадии куколки, а полный набор оборудования додают уже к взрослой особи. Обстоятельство – внедрение электродов сходу во взрослого жука с высокой возможностью ведет к его смерти в течение маленького времени. Подобно происходит дело и с попыткой имплантации контактов в личинку.
И лишь при куколки электроды неспешно зарастают юный тканью и выясняются без последствий интегрированы в насекомого, причём получается прочный механический и электрический контакт. Кстати, таковой подход используют и другие группы, трудящиеся в данном направлении (иллюстрация Maharbiz Research Group).
Исследователи считают, что жуки смогут сыграть роль универсальных платформ для разнообразных датчиков, а также — микроскопических камер. Тут опять-таки американские учёные похвалили собственных трудяг-носорогов, отметив, что их предельная грузоподъёмность в 3 грамма, за вычетом 1,3 грамма на схему управления, свидетельствует возможность смонтировать на пояснице насекомого целевую нагрузку весом 1,7 грамма.
Учитывая спонсорство DARPA, нетрудно угадать военное использование новой разработке. Но сами разработчики жуков-киборгов отмечают, что гражданское использование кроме этого вероятно. Скажем, возможно вообразить поиск пострадавших в завалах.
Долговременная цель проекта и вовсе фантастична — учёные грезят большим образом задействовать личные возможности насекомого. Для чего нужна камера, в случае если у жука имеется глаза? Может, лучше обучиться снимать сигнал с них и кодировать его в радиоимпульсах, передавая картину на компьютер?
А «тяжёлый» аккумулятор для электроники в будущем может уступить место совокупности, извлекающей толику энергии из самого насекомого, благо он замечательно может пополнять её запасы (другими словами кормиться).
Мотылёк, прошедший «тюнинг» в университете Корнелла (иллюстрация MEMS 2009 Technical Digest).
Первое приближение к таковой возможности продемонстрировала на всё той же конференции MEMS 2009 вторая команда исследователей из университета Корнелла (Cornell University). Она перевоплотила мотылька Manduca sexta (табачный бражник) в летающий химический сенсор.
Как и в прошлом примере, авторы данной работы имплантировали электроды в насекомое на стадии куколки. Пара контактов с определёнными долями нервной совокупности (внедрённых в голову существа) разрешили снимать потом чёткий электрический сигнал при «экспозиции» бабочки последовательности химических соединений.
Целевые молекулы, к каким чувствительно это насекомое, вызывали на порядок более сильный отклик, чем нецелевые. А это значит, что, по идее, совместив биоинженерию (те же MEMS) и генетические модификации насекомых, возможно выстроить живые датчики, облетающие местность по заданному маршруту и передающие по радио результаты измерений.
До полноценного управления насекомыми, само собой разумеется, ещё на большом растоянии. Но так как Корнеллом, Беркли и Мичиганом перечень университетов, где трудятся над насекомыми-киборгами, не ограничивается. И возможно угадать новые удачи на данной ниве.
Так что сны генералов понемногу сбываются.
