Chrobáky kyborgové

lietajúce krídla nie sú priamo spojené s hrudných svalov. Hmyz pravidelne napätie a uvoľnenie svalov, ktoré spôsobujú hrudný zmena tvaru. Táto deformácia následne viedlo k tomu, že krídla začnú triasť ako kolísať čeľustiach (pobočiek) vidlica po náraze. Týmto spôsobom to letí vystačí s veľmi malým úsilím premeniť zanedbateľné množstvo energie v množstve pohybov.

Konštruktéri tlačil miniaturizácii elektronických obvodov výpočtovej techniky a spôsoby výroby microproducts, robí všetko, čo je v ich silách a snažia sa vytvoriť malý lietadlo, reprodukuje pohyb hmyzu schopností. Prístroj DelFly Micro, ktorý bol zavedený v roku 2008, výskumníci z Technickej univerzity v Delfte v Holandsku, iba s 3 hmotnostné g má rozpätie 100 mm a krídla, ktoré sú schopné niesť malú kameru. Vozidlo vyrobené v Harvard mikro robotov Laboratories, ešte menej z jej hmotnosť je iba 0,06 g (čo je štvornásobok množstvo zotrvačné hmoty), ale riadenie jeho letu po štarte nemožné. Avšak, skutočný Achillovou pätou mechanických hmyzu stať výkon: nikto doteraz nepodarilo nájsť spôsob, ako zásobiť sa v miniatúrnych batérií majú dostatok energie na pohonné hmoty vozidla viac ako niekoľko minút letu.

V posledných rokoch sme sa zamerali na hľadanie spôsobov, ako vyriešiť všetky technické obmedzenia. Skôr než vytvárať od nuly mechanického chrobáka, sme sa rozhodli použiť ako lietadlá, ktoré existujú v prírode hmyzu. To by odstránilo ťažkých batérií a výrobných techník microproducts a sústrediť sa na budovanie systémov riadenia, v prípade potreby zasahovať do letu. Inými slovami, hmyzu muchy samo o sebe, ale je obvod pripojený k jeho nervový systém prenáša povely obsluhy: odbočiť vpravo alebo vľavo, stúpanie alebo ísť dole. Výsledkom je lietanie cyborg - časť hmyzu, častí stroja.

Za týmto nápadom prišli sme pred piatimi rokmi, keď jeden z autorov (Mitchel Maharbis) sa zúčastnil sympózia o lietaní kyborga, ktorý strávi agentúru pre obranu Advanced projekty (DARPA). (Hirotaka Sato, v mikrotechnológií odborník uznáva, že málo zbehlý v entomológii.) Sympózium diskutovali technológiu, ktorá by mohla umožniť biológovia prijímať a zaznamenávať elektrické signály z jednotlivých svalov lietajúceho hmyzu. DARPA manažér programu Amit Lal (Amit Lal), ktorý sa uskutočnil seminár, myslel, že je čas zamerať sa na tieto úspechy za účelom zistenia, či sa má prenášať elektrické signály a nemôže byť na sval cez implantovaný čip, čo spôsobuje hmyz sa pohybovať, ktorá je nevyhnutná pre nás.

Hmyzu cyborg by mohli vykonávať celý rad vojenských úloh, ako sú správy, koľko ľudí a kto presne je v budove alebo v podzemí, na vojakov, ktorí budú búrky miestnosť, vedia, čo môžu očakávať. Kremík-uhlíkové hybridy by tiež mohla byť základom pre roboty tvorbou-insectoid, ktorých cieľom je vykonávať civilné úlohy, ako je hľadanie preživších pod troskami spôsobené zemetrasením.

Video: Test-cyborg chrobáky boli držaní v USA

Prípravné práce s texaskej chrústa ukázalo, že sa riadi práca krídel môže byť. V tomto prvom modeli, tím už vopred zabudované do mikroprocesora, ale pre rádia v platenej časti chrobáka bolo nutné zapnúť rádio, ale bol príliš ťažký pre hmyz až 2 cm dlhé.

Autori starostlivo vopred stanovený sled elektrických pulzov stimulovať relatívne veľké oblasti neuromuskulárneho systému chrobáka na spustenie by poletom.Esli stimulácia obvod vychádza z vybudenie jednotlivých neurónov, dosiahnuť
reprodukovateľnosť výsledkov u rôznych jedincov by bolo nemožné. bod pripojenia implantátu môže byť zmenený počas letu, ktorý by robil chrobák neovládateľný.

RADIO AFC

Inžinieri vyvinuli radio ovládanie prenosovú sústavu chrobákov v lete, v mnohých ohľadoch podobné tým, ktoré sa používajú na kontrolu modelárov modely áut, lietadiel a vrtuľníkov.

BEETLE Mechanika letu

Chrobáky sú poháňané svojimi krídlami rovnako vibrujúcimi ladička nôh. Namiesto toho, aby priamo pohybu krídla hore a dole, dva svalové systémy (znázornené na obrázku v oranžovej a modrej fáze zníženie relaxačné fáza), pracujúce striedavo deformované rebro časť shell chrobáka. V dôsledku toho krídla veľmi rýchlo pohybovať hore a dole

Letová dráha Cyborg

Výskumní pracovníci v laboratórnych Maharbisa kyborgských chrobákov umiestnených v špeciálnej skúšobnej komore (spodný obrázok vydá Sato). Let začal (biele čiary v pravom dolnom rohu obrázku vpravo) na stimuláciu zrakového laloky chrobáka, ktorá zahájila "letové správania." Elektrický impulz použiť na pravej bazalyarnuyu svalu nútil chrobák odbočiť doľava, a stimuláciou ľavého bazalyarnoy svalov spôsobuje pravú zákrutu. Skončil letu (ľavý horný roh), kedy bol podiel podaný optický pulz dlhšie trvanie než ten prvý.

Video: Science News z 31/03/2016 (kyber chrobáka)

prečo chrobáky

Mnoho vážnych štúdie popisujúce letu s kobylkami, motýle a muchy boli vykonané pred DARPA sympózia. Veril som, že na základe týchto monografií, môže viesť k zníženiu počtu neúspešných pokusoch, ktoré vždy sprevádzajú začatia prác v novej oblasti výskumu. Motýle a kobylky majú dostatočne veľkú veľkosť, ale nemôže niesť veľkú záťaž, preto boli opustené. Muhi.U tento hmyz bolo veľa zásluh. Po prvé, biológovia vedia veľa o nich. Michael Dickinson (Michael H. Dickinson) a jeho kolegovia z California Institute of Technology podrobnejšie preskúmať, aké svaly, kedy a kde by mala byť znížená na okrídlené zviera vyliezlo alebo obrátil. Po druhé, mucha extrémne efektívne využívanie energie, čo im umožňuje pohybovať krídla s fantastickým skorostyu.Odnako technicky pracovať s muchy je veľmi ťažké: oni sú tak malé, že pre implantáciu v nich potrebné drôty a mikročipy byť nanosurgery. Začal som hľadať alternatívu. Vážky sú veľké a krásne letci, ale príliš hrupki.Mozhet byť vhodné šváby? A potom som narazil na prácu biológie chrobákov je klasický sprievodca svetom chrobákov, ktoré Roy Crowson (Roy A. Crowson) v roku 1981

Zistil som, že chrobáky lietať takmer rovnako ako muchy. Zodpovedný za letové svaly hrudnej chrobáka deformovať svoj plášť, takže krídla kmitať podobne vetiev ladičky. Typy svalov a ich umiestnenie sa tiež zdá blízko, že muchy. Myšlienka, kde začať, viedla k niekoľkým jemných štúdium chrobákov, vyrobené po roku 1950. A čo je najdôležitejšie, možno veľkosť týchto hmyz: chrobáky a majú viac ako 10 cm, a to iba 1 mm. Okrem toho tvoria asi pätinu z celkového počtu známych druhov hmyzu. Takže teoreticky, sa zdalo, že legkodostupnymi.No som narazil na nový problém: v Spojených štátoch, takmer nikto sa zaoberá chovom chrobákov, dostatočne veľký pre moje účely. V skutočnosti, aby sa dosiahlo stabilných dodávok "test", ktorý sme teraz kúpiť od chovateľov v Európe a Ázii, naše laboratórium trvalo niekoľko rokov.

A v tomto okamihu v našom výskume pripojený Hirotaka Sato, druhý autor tohto článku - chemik ktorý má skúsenosti s výrobou microproducts. Naším cieľom bolo ukázať, že môžeme vzdialene poslať hmyz v lete, a riadiť smer a rýchlosť letu, rovnako ako to zastaviť, keď sa dostane do nastavenej mesta.Kak inžiniermi sme chceli všetky funkcie sú vykonávané s minimálnym poškodením hmyzom.

Po prvé, sme museli identifikovať minimálnu sadu funkcií správanie, kontrola, ktorá je nevyhnutná pre vytvorenie najprimitívnejšie lietajúcim kyborga. Pre ovládanie chybu vo voľnom letu, sme si vybrali rádiové diaľkové ovládanie, podobné tým, ktoré sa používajú pre vozidlá, modely lietadiel a vertoletov.Trebovalos umožní voliteľný spustenie a zastavenie krídla zvyšovať a znižovať rýchlosť a výšku letu hmyzu a urobiť z neho odbočiť vpravo a vľavo , My sme v žiadnom prípade nechceli kontrolovať všetky letové vlastnosti, rovnako ako chrobáky a kontrolovať ich polohu vzhľadom k horizontu, a nastavte na dráhu letu, v závislosti na vetre a prekážkami.

Zároveň bolo nutné, aby bolo možné prenášať signály priamo na nervosvalovej systéme hmyzu, tesárik zastaviť pokusy o niečo iné, než je uvedené. Akýkoľvek cyborg, ktoré môžu vymknú kontrole, bude nevhodné robotom.My nekonala vslepuyu.Bolshinstvo chrobáky, rozhodli sme sa do práce, ktorý je schopný niesť náklad až do výšky 20-30% ich vlastnej hmotnosti. To znamená, že maximálna rozmery zariadenia "riadiaci systém" je definovaný podľa veľkosti hmyzu. Vzhľadom k tomu, aby sme vedeli, ktoré svaly riadi prevádzku po krídle, mali sme dôvod sa domnievať, že dodávka elektrické signály zodpovedajúcim spôsobom meniť frekvenciu na svaly každej strane tela hmyzu nám dá možnosť zmeniť dráhu jeho letu, zmena režimov krídel.

Vieme tiež, že chrobáky v lete sú široko používané vizuálne informácie. Rovnako ako u ľudí, svetlo vstupujúce do oka hmyzu, rozrušiť citlivé na svetlo, neuróny. Z týchto signálov ne-Reda prostredníctvom vizuálnych lalokov v polovici mozgu a ganglií, kde sú spracované tým, že poskytuje hmyz vizuálne informácie v priebehu jeho pohybu. Máme tiež informácie a že v mnohých prípadoch je dôležité, a intenzita svetla. To znamená, že náklady dramaticky vypnúť svetlá v miestnosti, ako útek chrobákov okamžite zastaviť. To viedlo k domnienke, že potrebujú dotykového signál od oka, aby aj naďalej pracovať krídla. odôvodnené sme, že stimulácia optických lalokov alebo oblastí blízko svojej základne môže mať potrebné motorické reakcie. Vzhľadom k tomu, implantácie elektród priamo do očí alebo optických laloky znížiť schopnosť hmyzu na manévrovanie, sme sa rozhodli podporiť zóny pri päte optických lalokov. Stimulujú jednotlivé neuróny nie my potrebovalos.Kogda sme poslali na príslušný elektrický impulz v oblasti blízko základne optických lalokov chrobák zvyšok práce vykonávané svoj vlastný systém, a vyslal hmyz v lete.

poškodzovanie

Prvý úspešný let bol predchádzalo mnoho neúspechov. Najprv sme pracovali s chrobákmi polovice-potemníka (Zophobas morio) s dĺžkou asi 1,5 cm a hmotnosťou 1 g

Výsledkom je, že sme prešli na Texas bronzovok (Cotinis Texana) s dĺžkou 2 cm a váži 1-1,5 g, rozšírený na juhovýchode Spojených štátov. Texas chrústa, nielen známy letec, ale aj škodca ovocie sadov.I za rok alebo dva, sme dostali tisíce týchto chrobákov od poľnohospodárov, ktorí nemohli uveriť, že niekto je ochotný nielen dodať im pred škodcami, ale aj priplatiť.

Vzhľadom k tomu, Texas chrústa schopné niesť užitočné zaťaženie len 200 až 450 mg, pôvodný systém nemal rádio. Ak chcete zistiť postup kontroly, sme položili letový tím v mikroprocesora a sledoval chybu vo voľnom letu, viazané na reťazec alebo pevné rámci kardanového kĺbu. (Upevňovacie chybu v tejto suspenzii umožňuje sa pozerať na to v "letu na mieste.")

Prvý úspech s chrobáky Cotinis bolo dosiahnuté v priebehu dvoch mesiacov. Po nejakej experimentovanie, sme zistili, pomerne veľkú časť neurónov, elektrická stimulácia, ktoré umožnia reprodukovateľné a predvídateľné modulačné letu. Zistili sme, že stimulácia mozgových oblastí Beetle leží práve uprostred medzi jeho ľavých a pravých optických lalôčiky, rýchle elektrické impulzy (asi 10 ms, a frekvencia asi 100 Hz, trvanie) spôsobuje hmyz poraziť svoje krídla a venovať náležitú letovú pozíciu takmer vo všetkých prípadoch ( v 97% prípadov, aby som bol presný). Je tiež zaujímavé, že dlhšie pulz, podanej v rovnakej zóne, úplne zastaviť pohyb krídiel. Inými slovami, môžeme spustiť alebo zastaviť letu chrobáka privádzanie prvého impulzu, čo krídla do práce, a potom druhý, ktorý ukončí prevádzku krídel.

Zdá sa, že čím dlhšie impulz spôsobí preťaženie na základni vizuálne neurónov laloku, blokuje prenos elektrickej signalov.V zničená spúšťací signál, ktorý podporuje vibráciu krídel. Zistili sme, že elektrické impulzy pracovala dobre znova a znova, bez ohľadu na to, čo by som chcel, aby chyba v túto chvíľu. V prípade, kedy sme začali uplatňovať 10 ms pulzy, hmyz lezie na stole, to začne biť jeho krídla a vzlietnuť. Ak sa budeme otočil chrobáka na stole na chrbte začal biť krídlami v tejto polohe. Keby letel, a sme aplikovali ďalší impulz, jeho krídla prestal pracovať, spadol a išiel polzti.Nikakih známky toho, že naša pokusné osoby prijaté škody, a to aj v prípade pádu na podlahu, nemáme nablyudali.Zhuki s implantovanými vodičmi žíl oveľa veľa, a ich voľné náprotivky (niekoľko mesiacov). Sú to len lietanie, stravovanie a párenie. Ďalej sme zistili, že pri použití striedavo v rýchlom slede signálov "štart" a "stop" môže byť modulovaný vibráciami krídel. To znamená, že keď chrobák lieta rýchlo striedavo uplatňovať dva tímy neukončí svoje krídla, ale trochu ho bráni. V dôsledku zmien vytvorených krídlami trakcie, čo nám umožňuje riadiť silu vyvinutú hmyzu lietať ako pilot s využitím plynu pre reguláciu ťahu motora lietadla.

Tvorba chrobáka premeniť, my microwires implantované v jeho pravej a ľavej bazalyarnye svalov. Kŕmenie 10 ms impulzov na pravej paži, urobili sme ju vyvinúť väčšiu silu, čo spôsobuje hmyz otočil nalevo.V Nakoniec sme začali pracovať s chrobákmi mecynorrhina Torquata, ktorej hmotnosť dosahuje 8 g, čo z nich robí ideálne prenášači rozhlasu a užitočného zaťaženia, sme vyvinuli do tej doby.

Ďalšie kroky

Nemenej zrejmé, ako niektoré z našich úspechov, že treba ísť ďalej. Aj keď sme dokázali, že sme schopní urobiť chrobáky odbočiť vľavo a vpravo a pozrite sa okolo seba, chceme byť príležitosť vyslať svoje letové dráhy na zložitý trojrozmerný, takže môžu prekonávať prekážky, ako lietať do areálu cez komíny alebo rúrky. Za týmto účelom sme zahrnuli do platenej miniatúrnych mikrofónov, ktoré detekujú vibrácie krídlami v lete. Keď zvuk dosiahne určitú úroveň, hrubo orientačné intenzity krídla kmitov, môžeme poskytnúť presne vybrané stimulačné impulzy do svalov, ktoré ovládajú chrobák otáča za letu.

Zariadenie funguje skvele, ale my sme mohli využiť pomôcť pri tvorbe programov pre správu našich letové skúšky hmyzu. Obrátili sme sa na niektoré z jeho kolegov, ktorí majú bohaté skúsenosti pri vytváraní programov pre úplne umelé lietadla. Na základe doterajších skúseností s bezpilotných vrtuľníkov Peter Abbil (Pieter Abbeel) z University of California v Berkeley a jeho študenti Svetoslav Kolev (Svetoslav Kolev) a Nimbus Gehauzenom (Nimbus Goehausen) na základe vypracovať systém riadenia, ktorý bude rozbiť zložitých príkazov (napríklad príkaz na "otočenie 200 vpravo ") do zložky (napr.," súbor 10 ms impulzov na ľavej bazalyarnuyu svalu po toľkých sekúnd "). Potom musí užívateľ zadať iba určitú korekciu kurzu a stanovuje stimuly potrebné k poslať chybu v požadovanom kurzu je mikroprocesorom. Ak chcete zistiť, aký by mal byť sled impulzov, sme použili magnetickú rezonanciu, rozsiahlej štúdie anatómie chrobákov a ich natáčanie vysokorýchlostného vo vzduchu určiť priestorovú konfiguráciu a funkcie niektorých iných svalov, ktoré je zodpovedné za prevádzku každým krídlom. Na základe údajov, ktoré dnes máme so zameraním na rôzne svaly, aby bolo možné viac stabilne ovládať rýchlosť a vojne chrobáka vo voľnom letu.

Musím vytvoriť kyborg chrobáky?

či hmyz bude diaľkovo riadenými roboty užitočné as - otvorená otázka, aj keď si myslím, že je. Na trhu a bude naďalej robiť všetko, menšie a ľahšie mikroprocesory a rádio, ktoré nám umožnia vyvinúť oveľa spoľahlivejšie a presnejšie našimi regulátor kyborgských chrobákov. Vzhľadom k tomu, vývoj miniaturizovaných zdrojov vysokokapacitného napájania alebo mechanických krídel s vysokou účinnosťou aj naďalej predstavovať veľké problémy, naša chrobáky so svojimi mimoriadne účinných svaly budú mať významnú výhodu oproti plne umelé lietadla.

Video: Chrobáky Cyborgs nahradí lietadlá; AI sa naučí hrať poker (31/03/2016) News

Zo všetkých možných vplyvov, ktoré môžu spôsobiť našu prácu je najdôležitejšie, sme presvedčení, že nasledujúce: ako miniaturizáciu výpočtových zariadení, a naše chápanie biologických systémov, ľudstvo sa snažia začleniť viac a dôraznejšie umelé rozhranie na riadiace obvody živých bytostí. Vývoj detailu počínajúc hmyzom pomôcť vyvarovať sa chýb pri práci s viacerými vysoko organizovaných tvory, ako sú potkany a myši, a neskôr s ľuďmi. Možno to bude odložené do budúcnosti mnoho z etických otázok (najmä - slobodnej vôle), ktoré sa výrazne zvýši, ak sa začnú práce s stavovcami. Práca s chrobákmi kyborgov nezabráni vedca zaoberajúce sa tvorbou úplne umelých robotov (pretože niekedy ľudia zefektívniť stroj než príroda). Ale veda mäkkého integráciu živých bytostí s umelými prostriedkami je v plienkach.