Вьетнамский учёный превратил таракана в «киборга» для поисково-спасательных работ

Группа австралийских исследователей под руководством доктора Во Доан Тат Тханга разработала биогибридную роботизированную систему, которая превращает живых тараканов в киборгов-спасателей.

«Идея возникла из простого вопроса: если насекомое-киборг обнаружило человека, застрявшего под завалами, что еще оно может сделать, чтобы ему помочь?» — рассказывает VnExpress 41-летний Тханг, директор вьетнамской лаборатории биороботики.

После получения докторской степени в Наньянском технологическом университете в Сингапуре и проведения постдокторских исследований в Сингапуре и Германии, в 2023 году он переехал в Австралию, чтобы преподавать в Университете Квинсленда.

Его лаборатория специализируется на биороботике, биогибридных насекомых, биомеханике насекомых и роботизированных системах, созданных по образцу природы, объединяя врожденную ловкость живых существ с современной электронной инженерией.

Превращение тараканов в миниатюрных роботов-спасателей — это работа команды из 13 человек из Университета Квинсленда и Университета Нового Южного Уэльса под руководством Тханга и трех других вьетнамских аспирантов.

Киборг, или кибернетический организм, — это сочетание живой биологии и синтетического электронного оборудования. Эта концепция впервые была предложена в 1960 году австрийским ученым Манфредом Клайнсом и американским психологом Натаном Клайном.

Как отмечает Тханг, до настоящего времени большинство исследований биогибридных насекомых ограничивалось пассивной разведкой, включавшей видеосъемку, передачу данных с датчиков и точное определение выживших особей.

Ситуация изменилась, когда он познакомился с До Тхань Нхо, директором Лаборатории медицинской робототехники в Университете Нового Южного Уэльса. «Я специализируюсь на кибернетических насекомых и биороботике, а Нхо — на мягкой робототехнике и медицинских устройствах», — говорит Тханг. «Эти две области сразу же нашли общий язык».

Даже при наличии общего видения команде потребовалось почти три года, чтобы создать электронный рюкзак, соединить его с нервной системой насекомого, усовершенствовать системы управления движением, установить миниатюрные камеры и интегрировать автоматизированный блок микроинъекций в единую систему под названием Paraborg.

Этот микроинъекционный блок предназначен для использования в качестве «удлинённой руки» для медицинских работников, способной доставлять жизненно важную помощь, такую ​​как экстренные лекарства, выжившим, оказавшимся в ловушке в недоступных для людей районах.

Излюбленным насекомым они считают гигантского роющего таракана, Macropanesthia rhinoceros.

«По сравнению с другими видами, обычно используемыми в исследованиях биогибридов, этот таракан исключительно крупный, крепкий и способен переносить электронику, камеры или микроинъектор, не теряя при этом своей подвижности», — говорит Тханг.

«Эта грузоподъемность имеет решающее значение, поскольку в реальных условиях поисково-спасательных операций требуется нечто большее, чем просто дистанционное управление — насекомое должно оказывать практическую помощь».

Гигантские роющие тараканы также обладают удивительно эффективной локомоцией, естественным образом перемещаясь по неровной местности и сохраняя равновесие без сложных вычислительных мощностей, необходимых обычным шагающим роботам. Используя врожденные двигательные навыки насекомых, команде оставалось лишь добавить легкий электронный слой для управления и связи с ними.

В состав системы Paraborg входят электроды для подключения к сенсорным интерфейсам, миниатюрная плата управления, блок питания и механизм микроинъекций с дистанционным управлением.

Разработанная для выполнения конкретных задач с использованием оптических датчиков или инъекционных инструментов, конструкция включает в себя стратегически расположенные на спине насекомого компоненты, обеспечивающие свободное движение его ног, суставов и туловища.

После оснащения насекомое управляется с помощью специально разработанного протокола стимуляции. Слабые электрические импульсы, направленные на его органы чувств, подталкивают его к повороту или движению вперед, в то время как нервная система таракана сохраняет полный автономный контроль над шагами, преодолением препятствий и поддержанием равновесия.

Стимуляция одной из антенн заставляет таракана повернуть в этом направлении. Чтобы подтолкнуть его вперед, электроды передают импульс церкам — тактильным задним сенсорным придаткам, которые насекомые естественным образом используют для обнаружения хищников с помощью вибраций и внезапных воздушных потоков.

В ходе сравнительных испытаний компания Paraborg успешно выполнила инъекции на близком расстоянии с показателем 95%, в то время как полная последовательность — навигация по заданным точкам с последующей целенаправленной инъекцией — показала результат в 72%. Как объясняет Тханг, этот разрыв подчеркивает сложность всего операционного цикла.

При нахождении на расстоянии не более 15 сантиметров от цели механическая игла легко попадает на нужную поверхность, обеспечивая практически безупречное качество работы.

В отличие от этого, для выполнения сквозной миссии таракану необходимо проползти через заданные точки маршрута, занять позицию и удерживать её под управлением оператора, прежде чем можно будет безопасно развернуть полезную нагрузку.

«Самая большая проблема — это сенсорная привыкание, когда реакция насекомого ослабевает после многократных электрических импульсов», — отмечает Тханг. «Чтобы преодолеть это, мы разработали адаптивный контур управления, который изменяет интенсивность стимуляции и включает в себя сброс вращения для восстановления отзывчивости управления».

Приближаясь к цели, система уменьшает инерцию движения, корректирует ориентацию и стабилизирует положение таракана, после чего оператор дает добро на инъекцию. Человек всегда находится за пультом управления; насекомое никогда не действует самостоятельно.

Факторы окружающей среды создают еще один набор проблем. Сверхминиатюрные бортовые камеры страдают от низкого разрешения, ограниченных углов обзора, плохой чувствительности при слабом освещении и минимального времени автономной работы. Пыль, влага и дым легко запотевают объектив, а естественная суета тараканов приводит к прерывистому видео и резким изменениям ракурса. Более того, стандартные сигналы GPS не могут проникать глубоко в строительные конструкции, подземные туннели или сложные замкнутые пространства, поэтому позиционирование в значительной степени зависит от локального отслеживания.

В настоящее время Paraborg представляет собой рабочий прототип, не имеющий немедленного коммерческого применения, однако, по прогнозам Танга, он может поступить на вооружение в течение пяти-десяти лет.

Устройство не предназначено для автоматизации медицинских решений, а скорее служит своего рода «удлиненной рукой» для врачей и спасателей, помогая им достигать мест, недоступных для человека. В будущих версиях может быть реализована автоматизация рутинных действий, таких как картографирование, предотвращение столкновений, планирование маршрута и стабилизация осанки перед физическим вмешательством.

В регионах, подверженных стихийным бедствиям, таких как Вьетнам, Тханг предполагает, что биогибридные насекомые смогут заполнить критически важные пробелы в наборах средств для оказания помощи в чрезвычайных ситуациях. После оползней или обрушения зданий тараканы-киборги могли бы проникать через узкие трещины, недоступные для спасателей, собак-ищеек или тяжелой техники, чтобы обнаруживать признаки жизни, передавать видео в реальном времени, отбирать пробы окружающей среды и отмечать приоритетные зоны. Хотя сильные течения исключают их использование в открытых паводковых водах, они все же могут оказаться бесценными на верхних, незатопленных уровнях поврежденных зданий или в изолированных очагах выживших.

«В будущем, как только модули полезной нагрузки будут сертифицированы как безопасные, эти насекомые смогут доставлять критически важные датчики, средства двусторонней связи или небольшие аварийные запасы непосредственно к выжившим», — говорит Тханг. «Цель состоит в том, чтобы дополнять спасательные команды, а не заменять существующее оборудование».

Этот прорыв вызвал восторженную поддержку со стороны должностных лиц, работающих на передовой. Тим Хассиотис, старший руководитель пожарно-спасательной службы Нового Южного Уэльса, считает, что эта технология может значительно расширить возможности сотрудников экстренных служб.

«Если насекомые-киборги смогут безопасно проникать в недоступные для нас пространства, находить пострадавших и в конечном итоге оказывать неотложную помощь, они могут стать еще одним ценным инструментом в будущем для поиска и спасения людей в городах», — сказал Хассиотис изданию The Guardian.

Источник: VnExpress

• Вьетнам получит новый наземный оптоволоконный кабель для Интернета

• Google запустила подписку Premium AI Ultra во Вьетнаме за 230 долларов в месяц

• Камеры на базе искусственного интеллекта готовы заменить полицию на улицах Ханоя к декабрю

• Вьетнам предложит беспрецедентные стимулы для компаний в области цифровых технологий

• Вьетнам занимает 6-е место в мире по открытости в области ИИ