Cyborgi Chrząszcze

latające skrzydła nie są bezpośrednio związane z mięśniami klatki piersiowej. Owad okresowo napięta i rozluźnić mięśnie klatki piersiowej, które powodują zmianę kształtu. Ta deformacja z kolei doprowadzić do tego, że skrzydła zaczynają drżeć jak szczęk wahać (oddziały) widełek po uderzeniu. W ten sposób zarządzać leci z bardzo niewielkim wysiłku, aby przekształcić znikomą ilość energii w kilku ruchach.

Inżynierowie pchnął miniaturyzacji układów elektronicznych technologii i metod microproducts produkcyjnych, robi wszystko, co w ich mocy komputera, starając się stworzyć mały samolot, odtwarzając ruch owadów umiejętności. Urządzenie DelFly Micro, wprowadzony w 2008 roku, naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Delft w Holandii, z tylko 3 g masy ma rozpiętość skrzydeł 100 mm i zdolnych do przenoszenia maleńką kamerę. Pojazd zbudowany w Harvard mikro roboty Laboratories, nawet mniej od jego waga wynosi tylko 0,06 g (która jest cztery razy masa muszej), ale kontrolować swój lot po starcie niemożliwe. Jednak prawdziwy piętą achillesową owadów mechanicznych stać moc: nikt jeszcze nie udało się znaleźć sposób, aby zaopatrzyć się w miniaturowych baterii mają wystarczająco dużo energii, aby paliwo pojazdów więcej niż kilka minut lotu.

W ostatnich latach skupiliśmy się na poszukiwaniu sposobów obejścia ograniczeń technicznych. Zamiast tworzyć od zera mechanicznego beetle, zdecydowaliśmy się użyć jako samolotów istniejących w przyrodzie owadów. To wyeliminowałoby ciężkie baterie i techniki produkcji microproducts i skupić się na budowaniu systemów zarządzania, w razie konieczności interwencji w locie. Innymi słowy, muchy owady przez siebie, ale obwód podłączony do jego systemu nerwowego przesyła polecenia operatora: skręcić w prawo lub w lewo, wspinać się lub zejść. Rezultatem jest latający cyborg - część owad, maszyna część.

Do tego pomysłu doszliśmy pięć lat temu, gdy jeden z autorów (Mitchel Maharbis) uczestniczył w sympozjum na latający cyborga, którzy spędzają Agencję Zaawansowanych Projektów Obrony (DARPA). (Hirotaka Sato, w mikrotechnik specjalista przyznaje, że trochę orientuje się w entomologii.) Sympozjum omówiono technologię, która może pozwolić biolodzy odbierać i rejestrować sygnały elektryczne z poszczególnych mięśni latającego owada. DARPA kierownik programu Amit Lal (Amit Lal), który zorganizował seminarium, pomyślałem, że nadszedł czas, aby skupić się na tych osiągnięciach w celu ustalenia, czy do przesyłania sygnałów elektrycznych i nie może być w mięśniach poprzez wszczepionego chipa, powodując owada przenieść jak to jest konieczne dla nas.

Insect-cyborg potencjalnie może wykonywać różne zadania wojskowe, takie jak sprawozdania ile osób i kto dokładnie znajduje się w budynku lub pod ziemią, do żołnierzy, którzy będą burzy pokój, wiedzą, czego się spodziewać. hybrydy krzem-węgiel może być również podstawą do tworzenia robotów-Insectoid przeznaczonych do wykonywania zadań cywilnych, takich jak poszukiwanie ocalałych pod gruzami spowodowanych przez trzęsienie ziemi.

Video: Test-cyborg chrząszcze odbyły się w Stanach Zjednoczonych

Prace z Texan chafer wykazały, że regulują pracę skrzydeł może być. W tym pierwszym modelu, zespół zostały wstępnie wbudowane w mikrokontroler, ale dla radia w polu danych chrząszcza było konieczne, aby włączyć radio, ale był zbyt ciężki dla owadów do 2 cm długości.

Autorzy dokładnie określona sekwencja impulsów elektrycznych w celu stymulowania stosunkowo dużych regionów nerwowo-mięśniowego systemu chrząszcza uruchomić on będzie poletom.Esli obwód stymulacja na podstawie pobudzenia poszczególnych neuronów, osiągnąć
powtarzalność wyników dla różnych osób byłaby niemożliwa. punkt przyłączenia implantu może być zmieniony w trakcie lotu, co uczyniłoby chrząszcz niewykonalna.

RADIO AFC

Inżynierowie opracowali system transmisji sterowania radiowego chrząszczy w locie, pod wieloma względami podobne do tych, które są wykorzystywane do kontrolowania modelarze modele samochodów, samolotów i śmigłowców.

mechanika lotu BEETLE

Chrząszcze są napędzane przez ich skrzydeł jak drgających kamerton nogach. Zamiast bezpośredniego przemieszczania skrzydła w górę i w dół, dwie mięśni (pokazane na rysunku w zmniejszaniu pomarańczowy i niebiesko-fazy w fazie relaksacji), pracujące na przemian zdeformowaną część żebra powłoki chrząszcza. W rezultacie, błotniki bardzo szybko poruszać się w górę iw dół

Tor lotu Cyborg

Naukowcy w laboratorium Maharbisa cyborg chrząszczy umieszczonych w specjalnej komorze testowej (dolny obraz jest wart Sato). Lot rozpoczął (białą linię w prawym dolnym rogu rysunku w prawo), aby stymulować beetle światłowodowe płatów, które zainicjowały „zachowanie lotu.” Impuls elektryczny stosowany do prawego mięśnia bazalyarnuyu zmuszeni skręcić w lewo chrząszcz, a stymulacja lewej mięśni bazalyarnoy powoduje skręt w prawo. Zakończył lot (lewy górny róg), gdy proporcja został złożony impuls optyczny o dłuższym czasie trwania niż pierwszy.

Film: Nauka Wiadomości z 31/03/2016 (cyborg beetle)

Dlaczego chrząszcze

Wielu poważnych badań opisujących lotu szarańczy, motyle i muchy przeprowadzono DARPA przed sympozjum. Wierzyłem, że na podstawie tych opracowań, może zmniejszyć liczbę fałszywych rozruchów, które zawsze towarzyszą rozpoczęcia pracy w nowej dziedzinie badań. Motyle i koniki mają wystarczająco duży rozmiar, ale nie mogą przenosić duże obciążenia, więc zostały one porzucone. Muhi.U owady te były dużo zasług. Po pierwsze, biolodzy wiedzieć dużo o nich. Michael Dickinson (Michael H. Dickinson) i jego koledzy z California Institute of Technology zbadane szczegółowo, mięśnie, co, kiedy i gdzie powinny być zredukowane do skrzydlatego stworzenia wspiął lub obracać. Po drugie, mucha niezwykle efektywne wykorzystanie energii, który pozwala im poruszać skrzydłami z fantastycznym skorostyu.Odnako technicznie pracować z linii jest bardzo trudne: są one tak małe, że na wszczepienie w nich niezbędne przewody i mikroprocesorów się nanosurgery. Zacząłem szukać alternatywy. Ważki są duże i piękne ulotki, ale zbyt hrupki.Mozhet być odpowiednie karaluchy? I wtedy natknąłem dziełem biologii Coleoptera to klasyczny przewodnik po świecie Coleoptera, napisany przez Roya Crowson (Roy A. Crowson) w 1981 roku

Dowiedziałem się, że chrząszcze latać niemal jak muchy. Odpowiedzialny za mięśni linii piersiowej chrząszcza zdeformować jego powłoki tak, że skrzydła oscylować jak gałęzie kamertonu. Rodzaje mięśni i ich usytuowanie wydaje się również zbliżony do muchy. Pomysł czego zacząć, skłoniły kilka drobnych studia Coleoptera, wykonane po 1950 roku. Co najważniejsze, być może, wielkości te owady: chrząszcze i mieć więcej niż 10 cm, a tylko 1 mm długości. Ponadto stanowią one około jednej piątej całkowitej liczby znanych gatunków owadów. Tak więc, teoretycznie, wydawało legkodostupnymi.No natknąłem się nowy problem: w Stanach Zjednoczonych, prawie nikt nie był zaangażowany w hodowli chrząszczy, wystarczająco duży dla moich celów. W rzeczywistości, aby osiągnąć stabilny dopływ „test”, który możemy teraz kupić od hodowców w Europie i Azji, nasze laboratorium trwało kilka lat.

A w tym czasie w naszych badaniach połączony Hirotaka Sato, drugi autor tego artykułu - chemik z doświadczeniem w produkcji microproducts. Naszym celem było pokazanie, że można zdalnie wysyłać owada w locie i kontrolować kierunek i prędkość lotu, a także, aby zatrzymać go, gdy dostaje się do inżynierów zestaw mesta.Kak chcieliśmy wszystkie funkcje są realizowane z minimalnym uszkodzeniem owada.

Przede wszystkim, trzeba było zidentyfikować minimalny zestaw funkcji behawioralnych, których kontrola jest niezbędna do stworzenia najbardziej prymitywnym latającego cyborga. Aby sterować błąd w locie swobodnym, wybraliśmy radiowy pilot zdalnego sterowania, podobny do tego, co jest wykorzystywane w pojazdach, modele samolotów i vertoletov.Trebovalos włączyć opcjonalny start i stop skrzydła, aby zwiększyć lub zmniejszyć prędkość i wysokość lotu owadów i uczynić go obrócić w prawo i w lewo , Jesteśmy w każdym razie nie chce kontrolować wszystkie parametry lotu, jak również chrząszcze i kontrolować ich położenie względem horyzontu oraz regulować tor lotu, w zależności od wiatru i przeszkód.

Jednocześnie konieczne było, aby móc przesyłać sygnały bezpośrednio do układu nerwowo-owada, chrząszcz, aby zatrzymać próby zrobienia czegoś innego niż określony. Wszelkie cyborg, który może wymknąć się spod kontroli, będzie niezdolny robotom.My nie działać chrząszcze vslepuyu.Bolshinstvo, wybraliśmy się do pracy w stanie przenosić obciążenia maksymalnie do 20-30% ich własnym ciężarem. Zatem, maksymalne wymiary sprzętu „Regulacja” jest określona przez wielkość owada. Ponieważ wiedział, które mięśnie kontrolować funkcjonowanie skrzydła, mieliśmy powody, aby sądzić, że podaż sygnałów elektrycznych zmienić częstotliwość na mięśnie każdej stronie ciała owada dadzą nam okazję do zmiany trajektorii jej lotu, zmieniając tryby skrzydła.

Wiemy również, że chrząszcze w locie są szeroko stosowane informacji wizualnych. Ponieważ u ludzi, światło wchodzące do owadów oka, pobudzać światłoczułych neuronów. Z tych sygnałów NE-Reda pośrednictwem płatów wizualnych połowy mózgu i zwojach, gdzie są one przetwarzane przez dostarczenie informacji wizualnych owadów w trakcie jego przemieszczania się. Mamy również dane i że w wielu przypadkach jest to ważne i natężenie światła. Tak więc koszt dramatycznie wyłączyć światła w pomieszczeniu, jak lot chrząszczy natychmiast przerwać. Doprowadziło to do założenia, że ​​potrzebują one sygnał dotykowy z oka do dalszej pracy skrzydeł. Mamy do wniosku, że stymulacja nerwu płatów lub obszarów w pobliżu jego podstawy, może powodować odpowiednie reakcje ruchowe. Ponieważ wszczepienie elektrod bezpośrednio do oczu lub światłowodowych płatów zmniejszyć zdolność owadów do manewru, zdecydowaliśmy się na stymulacji stref na podstawie wzrokowych płatach. Stymulować poszczególne neurony nie mamy potrebovalos.Kogda wysłaliśmy odpowiedni impuls elektryczny w otoczeniu podstawy płatów wzrokowych beetle resztę prac przeprowadzonych swój własny system, a wysyłane owada w locie.

krzywdzenie

Pierwszy udany lot został poprzedzony wieloma awariami. Najpierw pracował z chrząszczy pół Czarnuchowate chrząszcze (drewnojad) o długości około 1,5 cm i masie 1 g

W efekcie mamy włączone do Teksasu bronzovok (Cotinis Texana) o długości 2 cm i wadze 1-1,5 g, rozpowszechniona w południowo-wschodniej części Stanów Zjednoczonych. Texas fartuch-nie tylko znany lotnik, ale także szkodników owoców sadov.I przez rok lub dwa, otrzymaliśmy tysiące tych chrząszczy od rolników, którzy nie mogli uwierzyć, że ktoś jest gotów nie tylko dostarczyć je przed szkodnikami, ale także dodatkowo płacić.

Ponieważ Texas chafer zdolnej do przenoszenia ładunku o masie tylko 200-450 mg, oryginalny system nie ma radia. Aby sprawdzić postęp kontrolą, położył zespół lotu w mikroprocesorze i patrzył błąd w locie swobodnym, przywiązany do sznurka lub stałe wewnątrz przegubu. (Fixing błąd w tym zawieszenia pozwala na oglądanie go w locie „na miejsce”).

Pierwszy sukces z chrząszczy Cotinis został osiągnięty w ciągu dwóch miesięcy. Po pewnym eksperymentów, okazało się dość dużą część neuronów, stymulację elektryczną, która pozwala na powtarzalne i przewidywalne lot modulacji. Okazało się, że stymulacja obszarów mózgu beetle leży właśnie w środku pomiędzy jej lewych i prawych płatach światłowodowych, szybkich impulsów elektrycznych (około 10 ms i częstotliwości około 100 Hz, czas trwania) powoduje owada, aby pokonać swoje skrzydła i podjąć właściwą postawę przelot w prawie wszystkich przypadkach ( w 97% przypadków, a dokładniej). Interesujące jest, że już impulsu, złożonym w tym samym obszarze, na zatrzymanie ruchu skrzydła. Innymi słowy, możemy uruchomić lub zatrzymać beetle locie karmienie pierwszy impuls, powodując skrzydeł do pracy, a potem drugą, która kończy działanie skrzydeł.

Wydaje się, że im dłuższy impuls powoduje przekrwienie u podstawy płata wizualnej neuronów, blokując przekazywanie signalov.V elektrycznego zniszczone przez sygnał wyzwalania, który obsługuje wibracje skrzydła. Odkryliśmy, że impulsy elektryczne działa dobrze znowu i znowu, bez względu na to, co chciałbym bug w tej chwili. W przypadku, gdy zaczęliśmy stosować impulsy 10-MS, owad czołganie się na stole, to zacznie bić swoje skrzydła i zdjąć. Jeśli okazało chrząszcza na stole na plecach, zaczął bić skrzydłami w tej pozycji. Gdyby leciał, i zastosowano dodatkowy impuls, jego skrzydła przestał działać, upadł i poszedł polzti.Nikakih oznaki, że nasi badani otrzymali uszkodzenia, nawet w razie upadku na podłogę, nie nablyudali.Zhuki z drutów wszczepionymi żył znacznie dużo, a ich darmowe odpowiedniki (kilka miesięcy). Oni tylko latanie, jedzenie i kojarzenia. Ponadto stwierdzono, że stosując na przemian w krótkich odstępach czasu, sygnały „start” i „stop” może być modulowane przez drgania skrzydła. Oznacza to, że gdy chrząszcz leci szybko na przemian stosując dwa zespoły nie zakończyć swoje skrzydła, ale nieco utrudnia ją. W wyniku zmian stworzonych przez skrzydłach trakcji, co pozwala nam kontrolować moc opracowanego przez owady latać jako pilot stosując przepustnicę do regulacji siły ciągu silnika samolotu.

Dokonywanie chrząszcza do kolei my microwires wszczepiony w jego prawej i lewej mięśni bazalyarnye. Karmienie impulsów 10 ms w prawym ramieniu, zrobiliśmy ją rozwijać większą moc, co powoduje, że owad okazało nalevo.V końcu zaczęliśmy pracować z chrząszczy Mecynorrhina torquata, którego masa osiągnie 8 g, co czyni je idealnymi nośnikami radia i ładunku, opracowaliśmy wtedy.

Kolejne kroki

Nie mniej oczywisty niż niektóre z naszych osiągnięć, potrzeba, aby przejść dalej. Chociaż okazało się, że możemy chrząszcze skręcić w lewo i na prawo i latać, chcemy mieć możliwość wysłania ich ścieżki lotu na skomplikowany trójwymiarowy, tak, że mogą pokonać przeszkody, takie jak latać do pomieszczeń poprzez kominów lub przewodów. W tym celu zawarliśmy w zawartości miniaturowych mikrofonów, które wykrywają wibracje ich skrzydeł w locie. Gdy dźwięk osiągnie pewien poziom, z grubsza wskaźnikiem intensywności drgań bocznych, możemy dostarczyć dokładnie wybrane impulsy stymulacji do mięśni, które kontrolują chrząszcz obraca się w locie.

Sprzęt działa świetnie, ale mogliśmy korzystać z pomocy w tworzeniu programów do zarządzania naszym teście lot owadów. Zwróciliśmy się do niektórych z jego współpracowników, którzy mają duże doświadczenie w tworzeniu programów całkowicie sztucznym samolotów. Na podstawie dotychczasowych doświadczeń z bezzałogowych helikopterów Peter abbil (Pieter Abbeel) z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i jego uczniów Svetoslav Kolev (Svetoslav Kolev) i Nimbus Gehauzenom (Nimbus Goehausen) opracowanie systemu zarządzania, który złamie się skomplikowanych poleceń (na przykład polecenie „kolei 200 prawy „) do składników (na przykład,” plik impulsów 10 ms na lewy mięsień bazalyarnuyu dla wielu s „). Następnie użytkownik musi jedynie wprowadzić pewne korekty kursu i ustaw zachęty potrzebne do wysłania błąd w żądanym kursie jest mikroprocesor. Aby dowiedzieć się, jaka powinna być sekwencja impulsów użyliśmy rezonansu magnetycznego, rozległe badania anatomii chrząszczy i ich fotografowania dużych prędkości w powietrzu, aby określić konfigurację przestrzenną i funkcji innych mięśni, odpowiedzialny za działania każdego skrzydła. Opierając się na danych, które mamy dzisiaj są kierowane różnych mięśni, aby móc bardziej stabilnie sterować beetle stopy i rolki w locie swobodnym.

Czy muszę utworzyć chrząszcze cyborg?

czy owady będzie zdalnie sterowany robotom użyteczne jako, - otwarte pytanie, choć uważamy, że jest. Na rynku i nadal będzie robić wszystko mniejsze i lżejsze mikrokontrolerów i radio, które pozwolą nam opracować bardziej wiarygodne i dokładne naszych chrząszczy kontroler cyborg. Ponieważ rozwój zminiaturyzowanych źródeł zasilania o dużej pojemności lub skrzydeł mechanicznych z wysoką wydajnością nadal stwarzają duże trudności, nasze chrząszcze z ich wyjątkowo wydajnych mięśni będzie miał znaczną przewagę nad całkowicie sztucznym samolotów.

Wideo: Chrząszcze Cyborgi zastąpi UAV; AI będzie nauczyć się grać w pokera (31/03/2016) Aktualności

Wszystkich potencjalnych skutków, które mogą spowodować naszą pracę, najważniejsze, wierzymy, co następuje: jako miniaturyzacji urządzeń obliczeniowych, a nasze zrozumienie systemów biologicznych, ludzkość będzie starał się uwzględniać coraz bardziej natarczywie sztucznych interfejsy do obwodów sterujących istot żywych. Rozwój szczegółowo rozpoczynających owady pomagają uniknąć błędów podczas pracy z bardziej wysoce zorganizowanych stworzeń takich jak szczury i myszy, a potem z ludźmi. Być może zostanie ona przesunięta o przyszłości wiele problemów etycznych (w szczególności - wolnej woli), który gwałtownie wzrośnie, gdy rozpoczną się prace z kręgowców. Praca z chrząszczy cyborgów nie przeszkodzi naukowców zaangażowanych w tworzenie całkowicie sztucznych robotów (bo czasami ludzie bardziej efektywnego urządzenia niż naturze). Ale nauka z miękkiego integracji istot żywych z urządzeniami człowieka jest w powijakach.