Сайборг-насекомые: управление тараканами для спасения людей

Учёные разработали технологию интеграции живых насекомых с миниатюрными электронными системами, включающими электроды, датчики и блоки управления, что позволяет дистанционно направлять их движение, сохраняя при этом естественную мобильность насекомых.

Целью данной разработки является использование способности насекомых эффективно передвигаться в узких и сложных условиях, где традиционные роботы испытывают трудности. Это открывает возможности для применения таких «кибер-тараканов» в поисково-спасательных операциях, обследовании инфраструктуры и изучении опасных сред, при этом исследования продолжаются для расширения спектра их использования.

Важный шаг в этом направлении сделали японские исследователи, оснастив тараканов миниатюрными электронными блоками — так называемыми «рюкзаками», включающими солнечные элементы и управляющие компоненты, что обеспечивает возможность дистанционного контроля их передвижения.

Команда под руководством Кингиро Фукоды из лаборатории тонких устройств института Райкен (RIKEN) разработала сверхлёгкий электронный блок на основе гибких солнечных элементов толщиной не более 4 микрон и небольшой аккумуляторной батареи с возможностью подзарядки. Эта система обеспечивает питание для управления и передачи сигналов, при этом её конструкция позволяет закреплять устройство на спине таракана без снижения его подвижности и эффективности передвижения.

Разработка опирается на предыдущие исследования, проведённые в Технологическом университете Наньянга в Сингапуре, где создавались кибер-тараканы, способные проникать в опасные и труднодоступные места с эффективностью, превосходящей миниатюрных роботов.

Фукода отметил, что ключевым преимуществом таких кибер-тараканов является использование ими собственных мышц для движения, что снижает энергопотребление до работы только управляющих систем, в отличие от миниатюрных роботов, быстро разряжающих батареи. Это обеспечивает насекомым увеличенное время для выполнения задач поиска и спасения.

Ключевые компоненты и особенности функционирования

Технология сайборг-тараканов основана на объединении живого тела таракана с точными электронными компонентами, позволяющими дистанционно управлять его движениями, сохраняя при этом естественную способность к передвижению.

В качестве модели для исследований чаще всего используется мадагаскарский шипящий таракан, который благодаря своим биологическим характеристикам служит удобной платформой для интеграции электронных систем с живым организмом. Этот вид отличается относительно крупным размером — длина тела варьируется от 7 до 10 сантиметров, что предоставляет достаточно места для установки электронных компонентов и датчиков.

Его крепкое телосложение позволяет нести дополнительное оборудование и передвигаться по сложным поверхностям. Отсутствие крыльев облегчает закрепление электронного блока на спине, не мешая естественной подвижности и не снижая эффективность выполнения задач.

Дополнительным преимуществом является продолжительность жизни до 5 лет и способность быстро восстанавливаться после переворота на спину, что повышает надёжность и пригодность для длительных миссий, включая исследование труднодоступных для традиционных роботов территорий.

Технические достижения

Исследования в области сайборг-тараканов достигли прогресса с разработкой миниатюрного водолазного костюма, созданного под руководством профессора Хиротаки Сато. Этот костюм позволяет насекомым функционировать в условиях подводной среды и низкого содержания кислорода.

Изделие, изготовленное с помощью 3D-печати, включает химическую систему генерации кислорода: перекись водорода вводится в реакцию с диоксидом марганца, в результате чего выделяется кислород, направляемый прямо к дыхальцам таракана. Это обеспечивает возможность дыхания под водой.

Благодаря данной технологии сайборг-тараканы способны оставаться активными под водой или в средах с низким содержанием кислорода до 3 часов на глубине около 50 сантиметров, что расширяет диапазон их применения в труднодоступных местах.

Практические применения

Исследования направлены на использование сайборг-тараканов в широком спектре задач, учитывая их способность перемещаться в узких пространствах и нести миниатюрные датчики.

В поисково-спасательных операциях их можно направлять в зоны катастроф, например, в завалы после землетрясений или затопленные территории, где они способны передвигаться среди обломков и узких трещин. Оснащённые инфракрасными камерами и датчиками, они помогают обнаруживать выживших и собирать информацию из мест, недоступных для спасательных команд и традиционных роботов.

Также предполагается их использование для обследования инфраструктуры — проверки трубопроводов, туннелей и узких пространств на предмет коррозии или утечек, что способствует ускорению ремонтных работ и снижению рисков.

В перспективе учёные планируют применять эту технологию для космических исследований, разрабатывая сайборг-тараканов, способных нести датчики для изучения сложных ландшафтов на поверхности планет, таких как Марс, и собирать данные в местах, недоступных для обычных робототехнических аппаратов.