Kornjaši kiborzi

lete krila nisu izravno vezane za prsne mišiće. Kukci povremeno napeta i opustiti mišiće koje uzrokuju prsišta oblik promjena. Ova deformacija zauzvrat dovesti do činjenice da su krila počnu drhtati kao mijenjati čeljusti (grana) od tanjura nakon udara. Na taj način leti upravljati s vrlo malo truda pretvoriti neznatnu količinu energije u većem broju pokreta.

Inženjeri gurnuo minijaturizacije elektroničkih sklopova računalne tehnologije i metode proizvodnje microproducts, rade sve što je u njihovoj moći, pokušava stvoriti maleni zrakoplov, reproduciranje kretanje insekata sposobnosti. Uređaji DelFly Micro, koji je uveden u 2008, istraživači iz Tehničkog sveučilišta Delft u Nizozemskoj, sa samo tri težine g ima raspon od 100 mm i krila sposoban obavljati maleni fotoaparat. Vozila konstruirana u Harvard mikro robota Laboratories, čak i manje od svoje težine samo 0,06 g (koja je četiri puta veća od mase flyweight), ali kontrolira let nakon lansiranja nemoguće. Međutim, pravi Ahilovu petu mehaničkih kukaca postali snaga: nitko još nije uspio pronaći način da se nagomilati u minijaturnim baterijama imati dovoljno energije za gorivo vozila više od nekoliko minuta leta.

U posljednjih nekoliko godina smo usredotočeni na potragu za načine na koje se tehničkih ograničenja. Umjesto stvaranja od početka mehanički buba, odlučili smo se koristiti kao zrakoplove koji postoje u prirodi insekata. To bi se uklonili teške baterije i tehnika proizvodnje microproducts i usredotočiti se na izgradnju sustava upravljanja, intervenira po potrebi u letu. Drugim riječima, muhe insekata po sebi, ali je krug spojen na njegov živčani sustav prenosi operatora naredbe: okrenuti u desno ili lijevo, uspon ili ići dolje. Rezultat je leteći kiborg - dio insekata, dio stroja.

Za ovu ideju smo došli prije pet godina, kada je jedan od autora (Mitchel Maharbis) sudjelovali su na simpoziju na letenje kiborga koji provode Agencija za obrambene napredne projekte (DARPA). (Hirotaka Sato, u mikrotehnikom stručnjak priznaje da je malo upućen u entomologije.) Simpozij raspravljalo o tehnologiji koja bi mogla omogućiti biolozi za primanje i snimanje električne signale iz pojedinih mišića leteći insekt. DARPA voditelj programa Amit Lal (Amit Lal), koji je organizirao seminar, misli da je vrijeme da se usredotočite na tim postignućima, kako bi se utvrdilo je li za prijenos električne signale i ne može biti na mišić preko implantiranih čip, što uzrokuje insekata kretati se što je potrebno za nas.

Kukci-kiborg bi mogle obavljati različite vojne zadatke, kao što su izvješća o tome koliko je ljudi i koji je točno u zgradi ili pod zemljom, vojnicima, koji će oluja u sobu, znaju što mogu očekivati. hibridi silicij-ugljik i može biti temelj za stvaranje-insectoid robota namijenjenih za obavljanje civilne poslove, kao što su u potrazi za preživjelima ispod ruševina uzrokovanih potresom.

Video: Test-kiborg kukaca održane su u SAD-u

Pripremni radovi s teksaški gundelj pokazali da vladaju rad krila može biti. U ovom prvom modelu, tim su pre-izgrađen u mikro, ali za radio u sadržaju na buba je potrebno okrenuti na radiju, ali on je bio pretežak za insekte na 2 cm duge.

Autori pažljivo unaprijed određeni slijed električnih impulsa stimulirati relativno velike regije od neuromuskularne sustava buba pokrenuti će poletom.Esli stimulacija krug na temelju pobude pojedinih neurona, postići
ponovljivost rezultata za različite pojedince bi bilo nemoguće. točka vezivanja implantata može se mijenjati tijekom leta, čime bi buba nepodesan za rukovanje.

RADIO AFC

Inženjeri su razvili radio Transmission Control sustav kukaca u letu, u mnogočemu su slični onima koji se koriste za kontrolu modelara modela automobila, aviona i helikoptera.

Let mehanika BEETLE

Kornjaši su vođeni svojim krilima kao što su vibrirajuće tuning vilica noge. Umjesto da direktno kreće krila gore i dolje, dva sustava mišića (prikazano na slici u smanjenju naranče i plavo-faze u fazi relaksacije), koji rade naizmjenično deformirano rebrasti dio ljuske buba. Kao rezultat toga, krila vrlo brzo kretati gore i dolje

Let put Cyborg

Znanstvenici u laboratoriju Maharbisa kiborg kukaca smještena u posebnoj ispitnoj komori (donja slika vrijedi Sato). Let je započeo (bijelu liniju u donjem desnom kutu na slici desno), kako bi stimulirala optičkih režnjeva buba koja je pokrenula „ponašanje leta.” Električni impuls primjenjuje na pravo bazalyarnuyu mišića prisiljen buba skrenuti lijevo, a stimulacija lijevu bazalyarnoy mišićima uzrokuje pravi red. Završio leta (gornji lijevi kut), kada je udio bio podnesen optički puls duža od prve.

Video: Znanost Vijesti iz 31/03/2016 (kiborga buba)

Zašto kornjaši

Mnoge ozbiljne studije koje opisuju let skakavce, leptira i mušica su provedena prije DARPA simpozija. vjerovao sam da je, na temelju ovih monografija, može smanjiti broj lažnih početaka, koje uvijek prate početak rada u novom području istraživanja. Leptiri i skakavci imaju dovoljno velik veličine, ali ne može nositi veliki teret, tako da su napuštene. Muhi.U ti insekti bili puno zasluga. Prvo, biolozi znaju puno o njima. Michael Dickinson (Michael H. Dickinson) i njegovi kolege na California Institute of Technology ispitati u detalje, što mišiće, kada i gdje se treba smanjiti na krilatog stvorenja popeo ili uključen. Drugo, muha iznimno učinkovito korištenje energije, što im omogućuje da se presele krila sa fantastičnim skorostyu.Odnako tehnički rad s muha je vrlo teško: oni su tako mali da je za usađivanje u njih potrebne žice i mikročipova biti nanosurgery. Počeo sam tražiti alternativu. Vretenca su velike i lijepe letak, ali previše hrupki.Mozhet biti prikladni žohara? A onda sam naišla na djelo biologiji Coleoptera je klasični vodič u svijet Coleoptera napisao Roy Crowson (Roy A. Crowson) 1981

saznao sam da su kornjaši letjeti gotovo kao muhe. Odgovorni za mišiće leta iz torakalne buba deformirati svoje ljuske, tako da su krila osciliraju poput grana glazbena viljuška. Vrste mišića i njihovo mjesto i čini blizu da muha. Ideja gdje početi, potaknuli su nekoliko fine studije Coleoptera, izrađene nakon 1950. Ono što je najvažnije, možda, veličina tih insekata: bube i imaju više od 10 cm, a duge samo 1 mm. Osim toga, oni čine oko jedne petine od ukupnog broja poznatih vrsta insekata. Dakle, teoretski, činilo se legkodostupnymi.No naišao sam na novi problem: u SAD-u, gotovo nitko nije bio angažiran u uzgoju kukaca, dovoljno velika za moje potrebe. U stvari, kako bi se postigla stabilnu opskrbu „test”, koju sada kupiti od uzgajivača u Europi i Aziji, naš laboratorij je nekoliko godina.

I u ovom trenutku u našem istraživanju povezana Hirotaka Sato, drugi autor ovog članka - kemičar s iskustvom u proizvodnji microproducts. Naš je cilj bio pokazati da smo na daljinu može poslati insekata u letu, a kontrolu smjera i brzine leta, kao i da ga se zaustavi kad se dobiva na skup mesta.Kak inženjera smo htjeli sve funkcije provode se uz minimalne štete na insekte.

Prije svega, morali smo odrediti minimalni skup funkcija u ponašanju, od kojih je kontrola bitna za stvaranje najviše primitivne leteći kiborg. Za kontrolu bug u slobodnom letu, odabrali smo daljinskim upravljačem, slično onome što se koristi za vozila, modeli zrakoplova i vertoletov.Trebovalos omogućiti dodatnu pokretanje i zaustavljanje krila povećati i smanjiti brzinu i visinu leta insekata i učiniti ga okrenuti na desno i na lijevo , Mi smo u svakom slučaju ne želi kontrolirati sve karakteristike leta, kao i kukaca i kontrolirati svoju poziciju u odnosu na horizont, i podesite putanju leta, ovisno o vjetru i prepreka.

U isto vrijeme bilo je potrebno da bi mogli prenositi signale izravno na neuromuskularne sustavu kukaca, buba zaustaviti pokušaje učiniti nešto drugo od navedenog. Svaki kiborg koji mogu spiralni izvan kontrole, bit će nesposobni robotom.My nije djelovao vslepuyu.Bolshinstvo žohara, odabrali smo za rad, može nositi teret do 20-30% vlastite težine. Tako su maksimalne dimenzije opreme „sustav kontrole” je definiran veličinom kukaca. Budući da smo znali što mišići kontroliraju rad krila, imali smo razloga vjerovati da je opskrba električne signale promijeniti frekvenciju na mišiće svake strane tijela insekata će nam dati priliku da promijeni putanju njegovog leta, promjenom načina krila.

Također znamo da kornjaši u letu su naširoko koristi vizualne informacije. Kao i kod ljudi, svjetlost ulazi u oko insekata, nadražiti osjetljivo na svijetlo neurona. Iz tih signala ne-Reda putem vizualnih režnja u srednjem mozgu i ganglija, gdje su obrađene pružajući insekata vizualne informacije u toku njegovog kretanja. Također imamo podatke i da u mnogim slučajevima to je važno i intenzitet svjetlosti. Dakle, cijena drastično ugasiti svjetla u prostoriji, jer je let kukaca odmah prekinuti. To je dovelo do pretpostavke da su im potrebne signal na dodir od oka nastaviti raditi krila. Smatrali smo da bi stimulacija optičkih režnjevima ili područja u blizini njihove baze može uzrokovati potrebne motoričke reakcije. Budući da je implantacija elektroda direktno u oči ili optičkih režnjeva smanjiti sposobnost kukca za manevriranje, odlučili smo stimulirati zone na bazi optičkog režnjeva. Stimuliraju pojedini neuroni ne bismo potrebovalos.Kogda smo poslali odgovarajući električni impuls u području u blizini podnožju optičkih režnjeva buba ostatak posla provodi svoj vlastiti sustav, a šalju kukca u letu.

šteti

Prvi uspješan let je prethodio mnogim neuspjesima. Što prvi radio sa bube pola tamnih žohara (Zophobas morio) duljine 1,5 cm i težine od 1 g

Kao rezultat toga, prešli smo u Teksasu bronzovok (Cotinis texana) u dužini od 2 cm i težine 1-1,5 g, raširena u jugoistočnom SAD-u. Texas gundelj-ne samo poznati letač, ali i štetnik voća sadov.I za godinu ili dvije, primili smo tisuće tih kornjaša od poljoprivrednika, koji nije mogao vjerovati da je netko spreman ne samo da ih izbavi od štetočina, ali i dodatno platiti.

Od Texas gundelj može nositi teret od samo 200 do 450 mg, originalni sustav nije imao radio. Za provjeru unaprijed kontrole, položili smo tim leta u mikroprocesoru i gledao bug u slobodnom letu, vezan za niz ili fiksne unutar kardanom. (Učvršćivanje bug u ovoj suspenziji vam omogućuje da ga gledati u „letu na mjestu.”)

Prvi uspjeh kornjaši Cotinis postignut je u dva mjeseca. Nakon nekog eksperimentiranja, pronašli smo dosta veliki dio neurona, električna stimulacija koja omogućuje ponovljiv i predvidiv modulacija let. Otkrili smo da je stimulacija područja mozga buba leži upravo u sredini između svojih lijevih i desnih optičkih režnjeva, brze električne impulse (oko 10 ms, a frekvencija od oko 100 Hz, trajanje) uzrokuje insekata pobijediti krila i poduzeti odgovarajuće držanje leta gotovo svim slučajevima ( u 97% slučajeva, da budemo precizni). Također je zanimljivo da se više puls, podnesena u istoj zoni, u potpunosti zaustaviti kretanje krila. Drugim riječima, možemo pokrenuti ili zaustaviti buba leta hranjenja prvi impuls, uzrokujući krila na posao, a onda s druge strane, koja završava rad krila.

Čini se da je više impuls uzrokuje zagušenje na bazi vizualnog neurona režnju, blokirajući prijenos električne signalov.V uništena aktivirajući signal, koji podržava vibraciju krila. Utvrdili smo da električni impulsi radio dobro i opet, bez obzira na to što bih buba u ovom trenutku. Ako kada smo počeli primjenjivati ​​10 ms impulsa u, kukac puzeći na stol, ona počinje da tuku krila i poletjeti. Ako okrene buba na stolu na leđima, počeo je tući krila u tom položaju. Ako je letio, a mi primijeniti dodatni poticaj, njegova krila prestao raditi, on je pao i otišao polzti.Nikakih znakove da su naši ispitanici dobili štetu, čak iu slučaju pada do poda, ne nablyudali.Zhuki s implantiranih žica živjeli mnogo mnogo, a njihov slobodni kolege (nekoliko mjeseci). Samo su leti, jelo i parenja. Nadalje, utvrdili smo da se primjenom naizmjence u brzom slijedu, signali „start” i „stop” se može modulirati vibracije krila. To znači da kada buba leti brzo naizmjence primjenjujući dva tima ne prestaje krila, ali nešto ga ometa. Kao posljedica promjena nastalih krilima vuču, što nam omogućava kontrolirati moć razvijen od strane insekata letjeti kao pilot pomoću gas za kontrolu potiska motora zrakoplova.

Izrada buba okrenuti, mi microwires ugrađuju u desnu i lijevu bazalyarnye mišića. Hranjenje 10 ms impulse u desnoj ruci, napravili smo joj razviti više snage, što uzrokuje kukac okrenuo nalevo.V kraju smo počeli raditi s kornjaša Mecynorrhina torquata, čija masa doseže 8 g, što ih čini idealnim nositelji radija i tereta, razvili smo do tada.

Sljedeći koraci

Ništa manje očita nego neki od naših postignuća, potrebe da se ide dalje. Iako smo dokazali da možemo napraviti kornjaši skrenuti lijevo i desno i letjeti, želimo biti prilika da pošalju svoje let staze na kompleksu trodimenzionalni, tako da oni mogu prevladati prepreke, kao što su letjeti u prostorijama kroz dimnjake ili cijevi. U tu svrhu, mi smo uključeni u sadržaju minijaturnih mikrofona koji detektiraju vibracije njihovih krila u letu. Kada zvuk dosegne određenu razinu, otprilike ukazuje na intenzitet oscilacija krila, možemo pružiti točno odabrane stimulirajućih impulsa na mišiće koji kontroliraju buba pretvara u let.

Oprema radi super, ali smo mogli koristiti pomoć u stvaranju programa za upravljanje našim testnim leta insekata. Skrenuli smo na neke od svojih kolega, koji imaju veliko iskustvo u izradi programa za potpuno umjetne zrakoplova. Na temelju postojećih iskustava s bespilotnih helikoptera Petar Abbil (Pieter Abbeel) sa Sveučilišta Berkeley u Kaliforniji i njegovi učenici Svetoslav Kolev (Svetoslav Kolev) i Nimbus Gehauzenom (Nimbus Goehausen) razviti sustav upravljanja koji će razbiti složene naredbe (na primjer, naredba na „prijelazu 200 pravo „) u komponentama (npr,” File 10 ms impulsi na lijevoj bazalyarnuyu mišića za toliko sekundi „). Zatim, korisnik mora unijeti samo neke korekcije tečaja, a postavili su poticaji potrebni poslati bug u željenom toku je mikroprocesor. Da biste saznali što bi trebao biti puls slijed, koristili smo magnetsku rezonancu, opsežne studije o anatomije kukaca i njihove velike brzine snimanja u zraku kako bi se utvrdilo prostorne konfiguracije i funkcije nekih drugih mišića, odgovorna za rad svakog krila. Na temelju podataka imamo danas ciljaju različite mišiće da bi mogli više stabilno kontrolirati brzina i role buba u slobodnom letu.

Trebam li napraviti kiborg kukaca?

hoće li kukci se daljinsko upravljanje robotima koristan kao - otvoreno pitanje, iako mi mislimo da je. Na tržištu i dalje će činiti sve manje i lagane mikrokontrolera i radio koji će nam omogućiti da se razvije više pouzdan i precizan naši kontroler kiborg kukaca. Budući da je razvoj minijaturnih izvora energije velikog kapaciteta ili mehaničkim krilima visoke učinkovitosti i dalje predstavljaju velike teškoće, naši kornjaši sa svojim iznimno učinkovitih mišiće će imati značajnu prednost u odnosu na potpuno umjetne zrakoplova.

Video: kornjaši Kiborzi će zamijeniti UAVs; AI će naučiti kako igrati poker (31/03/2016) Novosti

Od svih mogućih utjecaja koje mogu uzrokovati svoj posao, najvažnije, vjerujem da smo slijedeće: kao minijaturizacije računalnim uređajima, a naše razumijevanje bioloških sustava, čovječanstvo će pokušati inkorporirati više i više uporno umjetne sučelja s kontrolnim krugovima živih bića. Razvoj detaljno počinju na kukce pomoći da se izbjegne pogreške prilikom rada s više visoko organizirana bića poput štakora i miševa, a kasnije s ljudima. Možda će se odgoditi za budućnost mnogih etičkih pitanja (osobito - slobodne volje), koji će se oštro ustati kada će radovi početi s kralježnjaka. Rad s bube kiborga neće spriječiti znanstvenike koji se bave stvaranjem potpuno umjetnih robota (jer ponekad ljudi učinkovitije stroj od prirode). No, znanost mekog integracije živih bića s umjetan uređaja je u povojima.