Thang Vo-Doan zamienia chrząszcze w cyborgi, montując im na grzbietach niewielkie elementy. Plan zakłada wykorzystanie ich do ułatwiania akcji ratowniczych w gruzach.
Po co tworzyć robota od podstaw, skoro żywe istoty mogą stać się cyborgami? Takie jest założenie Thanga Vo-Doana, badacza z Uniwersytetu Queensland w Australii, pomysłodawcy systemu sterowania ruchami prawdziwych chrząszczy za pomocą joysticka do gier wideo. Cel jest o wiele szlachetniejszy niż przeszkadzanie owadom: planują wykorzystać je do usprawnienia akcji ratowniczych poprzez lokalizowanie ocalałych po zawaleniach.
Ta magia dzieje się dzięki małemu plecakowi z mikrochipem, który umieszcza się na grzbiecie chrząszcza. Za pomocą tego urządzenia wysyłane są sygnały elektryczne do przednich odnóży i czułek owada, aby poruszał się w pożądanym kierunku. To nie jest byle jakie osiągnięcie: naukowcy z australijskiej instytucji twierdzą, że lokalizowanie osób pod gruzami zajęłoby godziny, a nie dni.
„Chrząszcze są niezwykle energooszczędne”
„Wybraliśmy chrząszcze nie tylko ze względu na ich wytrzymałość, ale także na niewielkie rozmiary i siłę, co pozwala im przenosić małe elementy elektroniczne bez utrudniania ruchu” – mówi Vo-Doan w rozmowie z TN Tecno. „Owady te charakteryzują się zwinnością podczas poruszania się i potrafią dostosować się do różnych środowisk. Kolejną zaletą jest to, że po osiągnięciu dorosłości przestają rosnąć, co pomaga utrzymać stabilne położenie elektrod. Są również stosunkowo łatwe w pielęgnacji i obsłudze, co czyni je praktyczną i niezawodną opcją do długoterminowych badań eksperymentalnych” – dodaje.
— Czy pamiętasz ten moment „eureka”, czyli moment, w którym zrodził się początkowy pomysł wykorzystania prawdziwych chrząszczy w tym projekcie?
— Jednym z tych kluczowych momentów był rok 2016, kiedy udało mi się z powodzeniem sterować cyborgowym chrząszczem tak, aby podążał po torze w kształcie ósemki. Był to przekonujący dowód na to, że precyzyjne sterowanie nawigacją jest możliwe. Nowszym kamieniem milowym było wykazanie przez Lachlana Fitzgeralda, głównego autora tego artykułu, że możemy nakazać chrząszczowi wspinanie się według naszej woli, co przenosi tę koncepcję na zupełnie nowy poziom. Postępy te były istotne, ponieważ pokazały, że potrafimy kontrolować lokomocję chrząszcza, od podstawowych ruchów kierunkowych po bardziej zaawansowane i specyficzne dla danego zadania czynności.
— Jakie są zalety i wady wykorzystania prawdziwego chrząszcza zamiast opracowania robota naśladującego wygląd i umiejętności owada?
— Wykorzystanie prawdziwego chrząszcza ma kilka kluczowych zalet. Po pierwsze, są one niezwykle energooszczędne. Samodzielnie się odżywiają i nie potrzebują silników ani baterii do poruszania się. Ich naturalna mobilność i zdolność adaptacji w trudnym terenie są również niezwykle trudne i kosztowne do odtworzenia za pomocą robotyki.
Wyzwaniem jest to, że żywe organizmy charakteryzują się zmiennością biologiczną, przez co ich zachowanie nie zawsze jest w 100% przewidywalne. Ogólnie rzecz biorąc, chrząszcze stanowią lekką, energooszczędną i bardzo zwinną platformę, szczególnie cenną w środowiskach, w których konwencjonalne roboty wciąż napotykają trudności.
– Czy mógłbyś nam wyjaśnić, jak to działa, tak jakby to była sekcja dla początkujących? To znaczy, w jaki sposób elektroda kontroluje ruchy owada?
– Cóż, owady takie jak chrząszcze w dużym stopniu polegają na swoich układach sensorycznych, a w szczególności na czułkach, odnóżach i pokrywach skrzydłowych, aby orientować się w otoczeniu. Struktury te pomagają im wykrywać dotyk, wibracje i przeszkody, instynktownie kierując ich ruchami.
Wykorzystujemy to, wszczepiając małe elektrody w pobliżu konkretnych nerwów biorących udział w tych naturalnych ścieżkach sensorycznych. Stosując precyzyjną stymulację elektryczną, możemy naśladować wrażenie dotykowe. Na przykład stymulacja czułka może sprawić, że chrząszcz poczuje, jakby coś go musnęło, co powoduje, że instynktownie skręca w przeciwnym kierunku. Stymulacja lewego czułka powoduje, że skręca w prawo, i odwrotnie. Dzięki takiemu podejściu możemy kierować owadem tak, by skręcał w lewo lub w prawo, poruszał się do przodu, do tyłu, na boki, a nawet wspinał się, jak wynika z naszego najnowszego artykułu, choć niektóre ruchy są jeszcze bardziej precyzyjne niż inne.
– Wiemy, że używacie do tego joysticków. Czy chodzi o joystick z jakiejś konkretnej konsoli?
– Tak, do sterowania używamy joysticka z konsoli Xbox, ale każdy standardowy model by się nadał. To po prostu interfejs użytkownika, który pozwala nam wchodzić w interakcję z systemem. Zapewnia nam elastyczność zarówno podczas przeprowadzania eksperymentów, jak i kierowania ruchami owadów w czasie rzeczywistym.
Jeśli chodzi o baterię, kabel służy do zasilania plecaka, aby eksperyment był bardziej praktyczny, ale cyborg-owad może działać bezprzewodowo.
– Intryguje nas dość konkretna kwestia: w jaki sposób udaje się wam „podłączyć” element elektroniczny do chrząszcza – po prostu trzymając go i wykazując się cierpliwością?
— Przed założeniem elektronicznego plecaka znieczulamy chrząszcze kruszonym lodem. Gwarantuje to, że nie odczuwają one niepotrzebnego dyskomfortu podczas zabiegu, a nam ułatwia bezpieczną obsługę, gdy są tymczasowo unieruchomione.
To wynalazek będzie wykorzystywany głównie podczas akcji ratowniczych. Jakie inne dziedziny mogłyby skorzystać z takiego przełomu?
— Mają potencjał w monitorowaniu środowiska i rolnictwie. Wyposażone w miniaturowe czujniki mogą gromadzić dane w trudno dostępnych lub niebezpiecznych środowiskach, takich jak zawalone budowle czy gęste lasy, mierząc wilgotność i temperaturę w czasie rzeczywistym. W rolnictwie stanowią one lekkie i mało inwazyjne rozwiązanie do monitorowania stanu upraw, wilgotności gleby oraz aktywności szkodników, co pomaga rolnikom w podejmowaniu bardziej świadomych decyzji i zmniejszeniu zależności od środków chemicznych.
Ich zdolność do naturalnego poruszania się po trudnym terenie sprawia, że są obiecującą alternatywą dla tradycyjnych dronów lub robotów naziemnych, zarówno w badaniach ekologicznych, jak i w rolnictwie precyzyjnym.
Jakie etapy pozostają do zrealizowania w tych badaniach? Mówiąc wprost: kiedy pojawią się wśród nas robotyczne chrząszcze? Vo-Doan opowiada, że obecnie pracują nad zaawansowanymi bezprzewodowymi „plecakami”, wyposażonymi w czujniki środowiskowe, które mogą pomóc w wykrywaniu ocalałych i ocenie warunków panujących wewnątrz zawalonych budynków.
„Kiedy?”, nalegamy. „Szacujemy, że wdrożenie w pełni gotowego do użycia systemu w terenie zajmie od pięciu do dziesięciu lat. Harmonogram będzie zależał od tempa badań i rozwoju, na które naturalnie wpływ ma dostępność zasobów i finansowania” – podsumowuje specjalista kierujący badaniami, których szczegóły opublikowano niedawno w czasopiśmie Advanced Science.
