Thang Vo-Doan transformă gândacii în cyborgi cu mici componente pe spatele lor. Planul este de a-i folosi pentru a facilita salvările din dărâmături.
Cum reușesc să controleze mișcările gândacilor reali, ca și cum ar fi roboți?
De ce să creezi un robot de la zero, dacă ființele vii pot deveni cyborgi? Aceasta este premisa lui Thang Vo-Doan, cercetător la Universitatea din Queensland, Australia, ideolog al unui sistem de control al mișcărilor gândacilor reali cu un joystick de jocuri video. Obiectivul este mult mai lăudabil decât acela de a deranja insectele: se intenționează utilizarea lor pentru a îmbunătăți operațiunile de salvare, localizând supraviețuitorii după prăbușiri.
Magia se produce datorită unui mic rucsac cu un microcip, care este plasat pe spatele gândacului. Cu ajutorul acestui element, se trimit semnale electrice către picioarele din față și antenele insectei, pentru ca aceasta să se miște în direcția dorită. Progresul nu este deloc nesemnificativ: cercetătorii instituției australiene afirmă că localizarea persoanelor sub dărâmături s-ar realiza în câteva ore, în loc de zile.
„Gândacii sunt incredibil de eficienți din punct de vedere energetic”
„Am ales gândacii nu numai pentru durabilitatea lor, ci și pentru dimensiunea redusă și forța lor, care le permit să transporte componente electronice mici fără a le împiedica mișcarea”, spune Vo-Doan în dialog cu TN Tecno. „Aceste insecte sunt agile și se adaptează la diverse medii. Un alt avantaj este că nu mai cresc după ce ating stadiul adult, ceea ce ajută la menținerea unei poziții stabile a electrozilor. De asemenea, sunt relativ ușor de îngrijit și de manipulat, ceea ce le face o opțiune practică și fiabilă pentru cercetarea experimentală pe termen lung”, adaugă el.
Vo-Doan observă că gândacii sunt incredibil de eficienți din punct de vedere energetic.
– Îți amintești momentul „eureka”, momentul în care a apărut ideea inițială de a folosi gândaci reali pentru acest proiect?
– Unul dintre momentele cheie a avut loc în 2016, când am reușit să controlez cu succes un gândac cyborg pentru a urma o traiectorie în formă de opt. A fost o demonstrație convingătoare că era posibilă controlul precis al navigației. O realizare mai recentă a fost atunci când Lachlan Fitzgerald, autorul principal al acestui articol, a demonstrat că putem comanda gândacului să urce după voință, ceea ce ridică conceptul la un nivel cu totul nou. Aceste progrese au fost importante deoarece au demonstrat că putem controla locomoția gândacului, de la mișcarea direcțională de bază până la acțiuni mai avansate și specifice fiecărei sarcini.
– Care sunt avantajele și dezavantajele utilizării unui gândac real în locul dezvoltării unui robot care imită fizionomia și abilitățile unui insect?
– Utilizarea unui gândac real oferă mai multe avantaje cheie. În primul rând, sunt incredibil de eficienți din punct de vedere energetic. Se autoalimentează și nu au nevoie de motoare sau baterii pentru a se mișca. Mobilitatea lor naturală și adaptabilitatea pe terenuri complexe sunt, de asemenea, extrem de dificil și costisitor de reprodus cu ajutorul roboticii.
Lachlan Fitzgerald și Thang Vo-Doan, cercetătorii responsabili de inițiativă.
O provocare este faptul că organismele vii au variabilitate biologică, astfel încât comportamentul lor nu este întotdeauna 100% previzibil. În general, gândacii oferă o platformă ușoară, cu consum redus de energie și foarte agilă, deosebit de valoroasă în medii în care roboții convenționali încă întâmpină dificultăți.
– Într-o secțiune pentru începători, ne-ați putea explica cum funcționează acest lucru? Adică, cum reușește un electrod să controleze mișcările insectei?
– Ei bine, insectele precum gândacii depind în mare măsură de sistemele lor senzoriale, în special de antene, picioare și elitre, pentru a se orienta în mediul înconjurător. Aceste structuri îi ajută să detecteze atingerea, vibrațiile și obstacolele, ghidându-le instinctiv mișcările.
Noi profităm de acest lucru implantând electrozi mici în apropierea nervilor specifici care participă la aceste căi senzoriale naturale. Prin aplicarea unei stimulări electrice precise, putem imita senzația tactilă. De exemplu, stimularea unei antene poate face ca gândacul să simtă că ceva îl atinge, ceea ce îl determină să se întoarcă instinctiv în direcția opusă. Stimularea antenei stângi îl face să se întoarcă spre dreapta și viceversa. Cu această abordare, putem ghida insecta să se întoarcă la stânga sau la dreapta, să se miște înainte, înapoi, în lateral și chiar să se cațere, conform articolului nostru recent, deși unele mișcări sunt mai rafinate decât altele.
Vo-Doan observă că „mobilitatea naturală și adaptabilitatea acestor insecte pe terenuri complexe sunt, de asemenea, extrem de dificil și costisitor de reprodus cu ajutorul roboticii”.
– Știm că folosiți joystick-uri pentru asta. De la o consolă anume?
– Da, folosim un joystick Xbox pentru a le controla, dar orice model standard ar funcționa. Este pur și simplu o interfață de utilizator care ne permite să interacționăm cu sistemul. Ne oferă flexibilitate atât pentru a realiza experimente, cât și pentru a dirija mișcările insectelor în timp real.
În ceea ce privește bateria, cablul este utilizat pentru a alimenta rucsacul, astfel încât experimentul să fie mai practic, dar insecta cyborg poate funcționa fără fir.
– Suntem intrigați de un aspect destul de specific: cum reușiți să „conectați” componenta electronică la gândac, pur și simplu ținând-o și având răbdare?
– Anesteziem gândacii cu gheață pisată înainte de a le pune rucsacul electronic. Acest lucru garantează că nu vor suferi disconfort inutil în timpul procesului și ne facilitează manipularea lor în siguranță în timp ce sunt imobilizați temporar.
„Am ales gândacii nu numai pentru durabilitatea lor, ci și pentru dimensiunea redusă și forța lor”, subliniază Vo-Doan.
Această invenție va fi utilizată în principal în operațiuni de salvare. Ce alte domenii ar beneficia de un astfel de progres?
– Au potențial în monitorizarea mediului și în agricultură. Echipate cu senzori miniaturali, pot colecta date în medii greu accesibile sau periculoase, cum ar fi structuri prăbușite sau păduri dense, măsurând umiditatea și temperatura în timp real. În agricultură, oferă o soluție ușoară și cu impact redus pentru monitorizarea sănătății culturilor, umidității solului și activității dăunătorilor, ajutând fermierii să ia decizii mai informate și să reducă dependența de produse chimice.
Capacitatea lor de a se deplasa în mod natural pe terenuri complexe le face o alternativă promițătoare la dronele tradiționale sau roboții terestri, atât în cercetarea ecologică, cât și în agricultura de precizie.
Ce pași mai sunt de făcut în această cercetare? În creolă: când vor fi printre noi gândacii robotici? Vo-Doan ne spune că în prezent lucrează la „rucsacuri” wireless avansate, echipate cu senzori de mediu care pot ajuta la detectarea supraviețuitorilor și la evaluarea condițiilor din interiorul structurilor prăbușite.
„Când?”, insistăm. „Estimăm că vor fi necesari între cinci și zece ani pentru a implementa un sistem complet funcțional pe teren. Calendarul va depinde de ritmul cercetării și dezvoltării, care este influențat în mod natural de disponibilitatea resurselor și a finanțării”, concluzionează specialistul care conduce cercetarea, ale cărei detalii au fost publicate recent în revista Advanced Science.
