Stel je voor: je zit vast onder het puin na een aardbeving, en je ziet een kakkerlak bedekt met elektronica naderen, met een veernaald op zijn rug. Dit prototype van een ‘cyborg-paramedicus’, genaamd ‘Paraborg’, zou op een dag levensreddende hulp kunnen brengen aan slachtoffers die moeilijk bereikbaar zijn voor hulpverleners. Zijn ontwerpers van de University of Queensland in Australië hebben de resultaten beschreven in het tijdschrift Advanced Science.
Een insect dat al weet hoe het moet bewegen
Al decennia lang proberen wetenschappers cyborg-insecten te ontwikkelen, dat wil zeggen insecten die zijn aangepast met een elektronische interface. Voor T. Thang Vo-Doan, directeur van het Biorobotics Lab van de University of Queensland in Brisbane, bieden deze insecten ‘een shortcut om enkele van de lastigste problemen in de robotica te omzeilen’. Volgens hem blijft het ‘buitengewoon moeilijk’ om een robot ter grootte van een insect te bouwen die ‘betrouwbaar door puin kan bewegen, over onregelmatige oppervlakken kan gaan, zichzelf kan oprichten na een val, zijn eigen energie kan dragen en nog ruimte overhoudt voor nuttige sensoren’.
In plaats van elk lichaamsdeel van een insect mechanisch na te bootsen, kunnen onderzoekers dus een elektronische interface implanteren op een dier dat deze capaciteiten al bezit. Eerder werk heeft aangetoond dat het mogelijk is om kevers en motten te besturen, maar deze dienden vooral als passieve sensorplatforms.
In 2023 spraken Vo-Doan en zijn collega Thanh Nho Do over cyborg-insecten voor zoek- en reddingsacties vlak voor de internationale IEEE-conferentie over robotica en automatisering (ICRA). Ze stelden zich toen de vraag: ‘Wat gebeurt er nadat een insect een ingesloten slachtoffer heeft gevonden?’ Kon het verder gaan dan alleen lokalisatie en een vorm van hulp bieden terwijl hulpverleners proberen het slachtoffer te bereiken?
Reuzenkakkerlakken in dienst van redding
Om deze vraag te beantwoorden, werkten de onderzoekers met gravende reuzenkakkerlakken (Macropanesthia rhinoceros), afkomstig uit Australië. Ze hadden een insect nodig dat een aanzienlijke lading kon dragen, meer dan de helft van zijn eigen gewicht. Deze soort weegt ongeveer 40 gram en is de zwaarste kakkerlak ter wereld, en zijn grootte vergemakkelijkt het aanbrengen van de interfaces.
De kakkerlakken kregen een lichtgewicht elektronica-pakket, inclusief elektroden geïmplanteerd in de antennes en in kleine aanhangsels in de vorm van een staart, de cerci. Deze elektroden worden draadloos geactiveerd met een videogame-controller en stellen de onderzoekers in staat om het insect naar links of rechts te laten draaien, het vooruit te laten gaan of het te stoppen.
Sommige insecten droegen een draadloze camera, andere een op afstand bediende injector. Een veer drijft een spuit gevuld met medicijn naar een nabijgelegen doelwit. Een chemische reactie in de spuit genereert dan een stoot kooldioxide, waarvan de druk de inhoud in het doelwit duwt. De Paraborgs zijn ontworpen om in teamverband te werken, waarbij sommige een camera dragen en andere een injector met mogelijk levensreddende medicijnen.
De wetenschappers kozen ervoor om camera en injector niet op dezelfde kakkerlak te combineren, omdat het gewicht en de omvang zijn mobiliteit op complex terrein hadden kunnen belemmeren. Deze dubbele elektronica zou ook het energieverbruik hebben verhoogd, waardoor de operationele tijd zou afnemen. Zij overwegen daarom een zwermbenadering, met gespecialiseerde cyborgs met complementaire rollen.
Tijdens haalbaarheidstesten slaagden de Paraborgs erin 2,5 meter af te leggen en drie controlepunten te passeren, voordat ze hun naalden afvuurden op een siliconen doelwit van 8 bij 10 centimeter. In 25 pogingen voltooiden de kakkerlakken elke keer het parcours en slaagden ze in 72% van de gevallen in de injectie.
Nog veel praktische uitdagingen
Vo-Doan en zijn collega’s willen nu verschillende concrete problemen oplossen: compenseren voor de bewegingen van slachtoffers, betrouwbare draadloze communicatie tot stand brengen binnen ingestorte structuren, en de cyborgs begeleiden wanneer ze door omgevingen vol puin en stof gaan. Volgens hem wordt autonomie steeds belangrijker, vooral als onderzoekers meerdere cyborgs tegelijk willen besturen.
De onderzoeker benadrukt dat deze insecten levende wezens blijven. ‘We besturen ze niet zoals conventionele wielrobots’, legt hij uit. ‘De elektrische stimulatie beïnvloedt hun richting, maar het insect genereert en controleert nog steeds een groot deel van zijn eigen voortbeweging.’ Om deze onvoorspelbaarheden te compenseren, zullen de Paraborgs geavanceerdere ingebouwde systemen nodig hebben, die hun positie kunnen bepalen en hun acties kunnen monitoren.
Vo-Doan wil ook het bereik van dit werk relativeren: ‘We suggereren niet dat dit een medisch hulpmiddel is dat vandaag klaar is voor gebruik op mensen.’ De keuze van medicijnen en doseringen, steriliteit, veiligheid van de naalden, betrouwbaarheid en regelgeving blijven open vragen.
