Электроды превратили таракана в киборга
|
Инженеры разработали управляющие электроды для электростимуляции, с помощью которых можно превратить таракана в киборга без нанесения вреда здоровью насекомого. Одной стороной электроды подключаются к рюкзачку с управляющей электроникой на спине таракана, а другой — к его внешним органам чувств и телу с помощью токопроводящего полимерного геля. Этот способ не требует необратимых хирургических операций, которые применялись в предыдущих способах имплантации. Статья опубликована с журнале npj Flexible Electronics. Ключевая проблема при разработке миниатюрных роботов, размером сопоставимых с насекомыми, связана с отсутствием подходящей компактной компонентной базы, в особенности эффективных актуаторов и источников питания. Одно из альтернативных решений заключается в том, чтобы вместо попыток имитировать возможности живых организмов, использовать в качестве платформы настоящих насекомых, которые уже умеют эффективно передвигаться в различных условиях. |
Для таких экспериментов часто используют мадагаскарских шипящих тараканов благодаря их большому размеру и сравнительно высокой грузоподъемности. Инженеры давно научились контролировать их движения за счет стимуляции электрическими импульсами внешних органов осязания и обоняния — усиков-антенн и церок (усикообразные органы в задней части тела насекомого). Поступление стимулирующего импульса вызывает у таракана иллюзию, что он натолкнулся на препятствие. Если стимулируется правая часть, то таракан поворачивает влево и наоборот. Обычно для того, чтобы подсоединить управляющие электроды к антеннам насекомого, они обрезаются, после чего тонкая проводящая серебряная проволока имплантируется в место среза. Это способ наносит необратимый вред животному, и помимо своей негуманности ведет к потере им естественной способности обнаруживать препятствия вокруг себя и самостоятельно уклоняться от них. Чтобы избежать этого, инженеры из Сингапура и Китая под руководством Хиротаки Сато (Hirotaka Sato) из Наньянского технологического университета разработали неинвазивный вариант электродов, подключение которых не наносит вред организму насекомого. |
Электрод состоит из слоя полимерного гель-электролита, обладающего ионной проводимостью, и нанопленки золота на гибкой полиимидной подложке. Полиэлектролит наносится на усик таракана в жидкой форме для обеспечения плотного контакта без воздушных промежутков, которые могут возникнуть из-за большого количества волосков, а затем полимеризуется с помощью ультрафиолета. Поверх него накладываются остальные слои электрода в форме петли, после чего скрепляются вокруг антенны с помощью пластиковой миниатюрной стяжки. Закрепленные электроды не оставляют повреждений на теле таракана и могут быть удалены без последствий для организма насекомого. В качестве платформы для таракана-киборга были выбраны мужские особи мадагаскарского шипящего таракана с длиной тела от пяти до семи сантиметров и массой от шести до восьми грамм. К их усикам прикрепляются неинвазивные электроды для управления направлением движения. Между сегментами брюшка устанавливается электрод, стимулирующий движение таракана вперед, а также заземляющий электрод. Они отличаются по конструкции от электродов, отвечающих за направление движения. |
Для их создания пространство между выбранными сегментами брюшка заполняется проводящим гелем, в который вставляется серебряная проволока. Сверху для механической прочности конструкция покрывается скотчем. Управляют тараканом с помощью команд, которые посылаются с компьютера через Bluetooth на приклеенный к спине таракана рюкзачок с микроконтроллером, который генерирует последовательности управляющих импульсов. Они передаются через подключенные к рюкзачку электроды к телу насекомого-киборга. Для демонстрации эффективности управления с помощью новых электродов инженеры провели ряд экспериментов, в которых таракан-киборг должен был следовать по заданному маршруту. В первом тесте таракан двигался по маршруту в форме символа «S», повинуясь командам оператора. |
Во втором эксперименте таракан должен был преодолеть «лабиринт» из разложенных на тестовой площадке кусков кирпича. При этом путь прокладывался автоматически системой, которая отслеживала положение таракана на поле с помощью камер системы захвата движений, размещенных вокруг площадки. При этом таракан, обнаруживая препятствие с помощью своих неповрежденных антенн, мог самостоятельно выбирать, с какой стороны его обходить. В качестве полезной нагрузки насекомое-киборг может нести миниатюрную камеру, разработанную специально для такого случая американскими инженерами. Камера может поворачиваться по вертикали и горизонтали, снимать видео с частотой пять кадров в секунду и в реальном времени передавать его на смартфон. При этом масса камеры составляет менее четверти грамма, благодаря чему насекомые с ней могут свободно передвигаться и удерживать равновесие. |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|