Экспериментальное исследование показало: тараканы могут спасти человеческие жизни. Ученые превратили этих насекомых в киборгов, способных объединяться в группы для проведения спасательных операций.
Технологии достигли уровня, когда роботы могут выполнять миссии, которые слишком опасны или неподвластны человеку. Такие машины окажутся особенно полезными при поиске выживших после стихийных бедствий или исследовании зон повышенного риска. Однако большинство современных роботов имеют технические ограничения, делающие их непригодными для работы в таких условиях. Например, им трудно передвигаться по неровной местности, такой как зоны бедствия или загроможденные подземные пространства. Им могут быть трудны навигация без столкновений с препятствиями или другими роботами, а производительность может быть ограничена без систем, адаптированных к различным условиям. Кроме того, для достижения максимальной автономности им необходимо эффективно управлять потреблением энергии.
Исследователи из Наньянского технологического университета предлагают использовать тараканов с миниатюрными электронными контроллерами для решения поставленных задач.
Эти устройства позволяют управлять насекомыми, которые естественным образом умеют обходить препятствия. В новом исследовании ученые представляют алгоритм навигации, адаптированный к поведению роя. Цель проекта — помощь в поисково-спасательных операциях после стихийных бедствий.
Насекомые-киборги
Исследователи провели эксперименты с мадагаскарскими тараканами (Gromphadorhina portentosa), превратив их в «насекомых-киборгов». Тараканы, устойчивые к экстремальным условиям, получили миниатюрные электронные устройства на спинах. Устройства позволяют дистанционно управлять их движениями с помощью центрального компьютера, который посылает им сигналы через электроды рядом с органами чувств. Такой интерфейс «мозг-машина» обеспечивает тараканам точную ориентацию в сложной среде.
В прошлом исследовании та же группа ученых разработала похожие управляющие системы. Насекомым установили микропроцессор и камеру с инфракрасным излучением, являющиеся основой текущего устройства.
b) Снимок, сделанный во время навигации тараканов в созданной сложной среде (вид сверху).
Усовершенствованные алгоритмы навигации
Для эффективного управления движением роботов-роя исследователи создали алгоритм, позволяющий группе двигаться согласованно. Система прошла испытания в десяти экспериментах, что обеспечивает воспроизводимость результатов.
Двадцать тараканов были помещены на песчаное поле площадью 3,5 квадратных метра, которое имитировало сложную среду с холмами и скалами. Эксперименты показали возможность организации роя иерархически: лидер и 19 последователей. Лидер знал объективную позицию и направление движения группы, в то время как остальные члены знали только относительное положение своих соседей.
Алгоритм показал свою эффективность в управлении роем и уменьшил необходимость в электрической стимуляции для управления насекомыми. Это улучшение повышает автономность системы, что увеличивает шансы на успешное выполнение спасательных миссий.