Представьте, что вы оказались под завалами после землетрясения, и видите, как к вам приближается таракан, покрытый электронными компонентами, с пружинной иглой на спине. Этот прототип «киборга-парамедика», названный «Paraborg», однажды может оказать жизненно важную помощь пострадавшим, до которых спасателям трудно добраться. Его создатели из Университета Квинсленда в Австралии описали результаты в журнале Advanced Science.
Насекомое, которое уже умеет двигаться
Уже десятилетиями ученые пытаются создать насекомых-киборгов, то есть насекомых, модифицированных с помощью электронного интерфейса. По словам Т. Танга Во-Доана, руководителя лаборатории биоробототехники Университета Квинсленда в Брисбене, эти насекомые предлагают «обходной путь для решения некоторых самых сложных проблем робототехники». Построить робота размером с насекомое, способного «надежно перемещаться в завалах, преодолевать неровные поверхности, подниматься после падения, нести собственный источник энергии и при этом иметь место для полезных датчиков», по его словам, «невероятно сложно».
Вместо того чтобы механически воспроизводить каждую часть тела насекомого, исследователи могут имплантировать электронный интерфейс животному, которое уже обладает этими способностями. Предыдущие работы показали, что жуков и бабочек можно направлять, но они в основном служили пассивными платформами для датчиков.
В 2023 году Во-Доан и его коллега Тхань Нхо До рассказывали о насекомых-киборгах для поиска и спасения незадолго до международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA). Тогда они задались вопросом: «Что происходит после того, как насекомое находит пострадавшего, оказавшегося в ловушке?» Может ли оно выйти за рамки простого обнаружения и оказать какую-либо помощь, пока спасатели пытаются до него добраться?
Гигантские тараканы на службе спасения
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи работали с гигантскими роющими тараканами (Macropanesthia rhinoceros), родом из Австралии. Им нужно было насекомое, способное нести значительный груз, превышающий половину его веса. Веся около 40 граммов, этот вид является самым тяжелым в мире среди тараканов, и его размер облегчает установку интерфейсов.
Тараканы получили легкую электронику, включая электроды, имплантированные в усики и небольшие хвостоподобные придатки — церки. Активируемые беспроводным способом с помощью игрового контроллера, эти электроды позволяют поворачивать насекомое влево или вправо, заставлять его двигаться вперед или останавливать.
Некоторые насекомые несли беспроводную камеру, другие — дистанционно управляемый инъектор. Пружина выталкивает шприц, наполненный лекарством, в сторону близкой цели. Затем химическая реакция в шприце создает выброс диоксида углерода, давление которого выталкивает содержимое в цель. Paraborgs предназначены для работы в команде: одни несут камеру, другие — инъектор, заряженный потенциально жизненно важными лекарствами.
Ученые решили не совмещать камеру и инъектор на одном таракане, так как вес и габариты могли бы ухудшить его подвижность на сложной местности. Такая двойная электроника также увеличила бы потребление энергии, сократив время работы. Поэтому они рассматривают подход с роем, где киборги специализированы на взаимодополняющих ролях.
В ходе испытаний на жизнеспособность Paraborgs успешно преодолели 2,5 метра, пройдя три контрольные точки, прежде чем выстрелить своими иглами в силиконовую мишень размером 8 на 10 сантиметров. Из 25 попыток тараканы каждый раз завершали маршрут и успешно делали инъекцию в 72% случаев.
Многочисленные практические проблемы
Во-Доан и его коллеги теперь хотят решить несколько практических проблем: компенсировать движения пострадавших, обеспечить надежную беспроводную связь внутри разрушенных конструкций и направлять киборгов при преодолении сред, заполненных обломками и пылью. По его словам, автономность станет все более важной, особенно если исследователи захотят управлять несколькими киборгами одновременно.
Исследователь напоминает, что эти насекомые остаются живыми существами. «Мы управляем ими не как обычными колесными роботами, — объясняет он. — Электрическая стимуляция влияет на их направление, но насекомое по-прежнему генерирует и контролирует большую часть своей собственной локомоции». Чтобы компенсировать эту непредсказуемость, Paraborgs потребуют более совершенных бортовых систем, способных определять свое положение и отслеживать свои действия.
Во-Доан также призывает не переоценивать значимость этой работы: «Мы не утверждаем, что это медицинское устройство, готовое к использованию на людях уже сегодня». Выбор лекарств и дозировок, стерильность, безопасность игл, надежность и регулирование остаются открытыми вопросами.
