Бръмбари киборги

летят крила не са пряко свързани с гръдни мускули. Насекомо периодично напрегната и отпускане на мускулите, които причиняват гръдната променят формата си. Тази деформация на свой ред води до факта, че крилата започват да треперят като се колебае челюсти (клонове) на разклона след удара. По този начин тя лети управлява с много малко усилия, за да я превърне в незначително количество енергия в множество движения.

Инженерите изтласкани миниатюризацията на електронните схеми на компютърните технологии и методи на производство микропродукти, правят всичко по силите си, опитвайки се да се създаде малък самолет, възпроизвеждане на движението на насекоми способности. Апаратура DelFly Micro, въведена през 2008 г., изследователи от Делфт Техническия университет в Холандия, като само 3 тегло грама има една педя от 100 мм и крила, способни да носят една малка камера. Превозното средство изработена микро роботи Харвард Laboratories, дори по-малко от теглото му е само 0.06 грама (което е четири пъти масата на Flyweight), но контролира полет след старта невъзможно. Въпреки това, петата на механични насекоми истинската ахилесова стане мощност: никой още не е успял да намери начин да се запасите в миниатюрни батерии имат достатъчно енергия, за да гориво превозни средства повече от няколко минути на полет.

През последните години ние сме фокусирани върху търсенето на начини за работа около техническите ограничения. Вместо да се създават от нулата механична бръмбар, ние решихме да се използва като самолети, които съществуват в природата на насекоми. Това би спестило тежки батерии и производствени техники микропродукти и да се фокусира върху изграждането на системи за управление, се намесва, когато е необходимо по време на полет. С други думи, мухите насекоми по себе си, но веригата свързан с нервната му система предава командите на оператора: завъртете надясно или наляво, да се катери или да се понижат. Резултатът е летящ киборг - част насекоми, машинна част.

За тази идея, ние сме дошли преди пет години, когато един от авторите (Mitchel Maharbis) участва в симпозиум по летене киборг, които прекарват Агенцията за отбраната Разширено проекти (DARPA). (Хиротака Сато, в микротехнология специалист признава, че малко по-запознат с ентомология.) Симпозиумът обсъжда технологията, която може да позволи биолози да получават и записват електрически сигнали от отделните мускули на летящи насекоми. DARPA програма за управление на Амит Лал (Амит Лал), която организира семинара, помислих, че е време да се съсредоточи върху тези достижения, за да се определи дали да се предават електрически сигнали и не може да бъде на мускулите чрез имплантиран чип, което води до насекомото да се движат, тъй като е необходимо за нас.

Насекомо-киборг потенциално може да изпълнява различни военни задачи, като например отчет колко хора и кой точно е в сградата или под земята, на войниците, които ще щурмуват стаята, знаят какво да очакват. Silicon-въглеродни хибриди също могат да бъдат основа за създаване-насекомо роботи, предназначени за извършване на цивилни задачи, като например търсене на оцелели под развалините, причинени от земетресението.

Видео: Тест-киборг бръмбари се проведоха в САЩ

Предварителна работа с тексасец престилка показа, че управлява работата на крилата може да бъде. В тази първа модел, екипът са предварително вградени в микроконтролера, но за радио в полезния товар на бръмбар е необходимо да включите радиото, но той беше много тежко за насекомото да дълги 2 см.

Авторите внимателно предварително определена последователност на електрически импулси за стимулиране относително големи региони на нервно-мускулната система на бръмбара да тичам, че ще poletom.Esli стимулация верига въз основа на възбуждане на отделните неврони, постигане
възпроизводимостта на резултатите за различните индивиди би било невъзможно. точката на свързване на импланта може да се промени по време на полет, който ще направи бръмбар неуправляем.

РАДИО AFC

Инженерите са разработили радиоуправление преносната система на бръмбари в полет, в много отношения, подобни на тези, които се използват за контрол на моделиране модели на коли, самолети и хеликоптери.

Самолетни механика BEETLE

Бръмбарите се задвижват от крилата си, точно както на вибриращата камертон краката. Вместо директно движи крилата нагоре и надолу, двете мускулни системи (показани на фигурата в намаляването на оранжево и синьо-фаза във фазата на релаксация), които работят последователно деформиран бръмбар ребрена част черупка. В резултат на това крилата много бързо да се движат нагоре и надолу

Траекторията на полета Cyborg

Изследователи в лабораторни Maharbisa киборг бръмбари поставени в специална тестова камера (долната снимка струва Сато). Полетът започна (бялата линия в долния десен ъгъл на фигурата в дясно), за да се стимулира бръмбар оптичен лобове, че стартира "поведение на полет." Електрически импулси прилага за дясното bazalyarnuyu мускула принуден бръмбар завой наляво, и стимулиране на мускулите на левия bazalyarnoy предизвиква десен завой. Приключила полет (горен ляв ъгъл), когато съотношението е подадена оптичен импулс на по-голяма продължителност от първото.

Видео: Science News от 31/03/2016 (киборг бръмбар)

Защо бръмбари

Много сериозни проучвания, описващи самолетни скакалци, пеперуди и мухи са извършени преди DARPA симпозиум. Вярвах, че въз основа на тези монографии, може да се намали броят на фалстарта, които винаги съпътстват началото на работа в новия областта на научните изследвания. Пеперуди и скакалци имат достатъчно големи размери, но не могат да носят голям товар, така че те са били изоставени. Muhi.U тези насекоми са много заслуги. На първо място, биолозите знаят много за тях. Майкъл Дикинсън (Michael H. Dickinson) и колегите му от Калифорнийския технологичен институт, разгледани в големи подробности, какви мускули, когато и където те трябва да бъдат намалени до крилато създание се изкачи или се обърна. На второ място, в движение изключително ефективно използване на енергията, която им позволява да се движат крила с фантастичен skorostyu.Odnako технически работи с мухите е много трудно: те са толкова малки, че за имплантиране в тях необходимите кабели и микрочиповете да nanosurgery. Започнах да се търси алтернатива. Водните кончета са големи и красиви флаери, но твърде hrupki.Mozhet бъде подходящи хлебарки? И след това се натъкнах на работата на биологията на Coleoptera е класически пътеводител за света на Coleoptera, написана от Рой Crowson (Roy А. Crowson) през 1981 г.

Научих, че бръмбарите летят почти както и мухи. Отговаря за летателните мускули на гръдната бръмбар деформира черупката си, така че крилата се люшка като клоните на камертон. Видове мускулите и тяхното местоположение и изглежда, близки до тази на мухи. Идеята за къде да започна, предизвикаха няколко фини изследвания на Coleoptera, направени след 1950. Най-важното е, може би, на размера на тези насекоми: бръмбари и има повече от 10 см, и дълги само 1 mm. В допълнение, те съставляват около една пета от общия брой на известните видове насекоми. По този начин, теоретично, те като че ли legkodostupnymi.No аз възникна нов проблем: в САЩ, почти никой не се занимава с развъждане бръмбари, достатъчно голям, за моите цели. В действителност, за да се постигне стабилно снабдяване на "тест", който ние сега купуват от животновъдите в Европа и Азия, нашата лаборатория взе няколко години.

И в този момент в нашето проучване свързано Хиротака Сато, вторият Авторът на тази статия - химик, с опит в производството на микропродукти. Нашата цел е да покажем, че ние може отдалечено да изпратите насекомото в полет, и се контролира посоката и скоростта на полета, както и да го спре, когато тя стане на набор mesta.Kak инженерите, които искахме всички функции се извършва с минимално увреждане на насекомото.

На първо място, ние трябваше да се определи минимален набор от поведенчески функции, контрол от които е от съществено значение за създаването на най-примитивното летене киборг. За контрол на бъгове в свободен полет, ние избрахме радио дистанционно управление, подобно на това, което се използва за превозни средства, модели на самолети и vertoletov.Trebovalos позволяват избор пускане и спиране на крилата да се увеличи и да се намали скоростта и височината на полета на насекоми и да го превърне в дясно и в ляво , Ние сме в никакъв случай не иска да контролира всички характеристики на полетите, както и бръмбари и контролира своята позиция по отношение на хоризонта, и да коригира траекторията на полета, в зависимост от вятъра и препятствията.

В същото време е необходимо, за да могат да се предават сигнали директно на нервно-мускулната система на насекомото, бръмбар да спре опитите да се направи нещо, различно от посочените. Всеки киборг, който може да излезе извън контрол, ще бъдат негодни robotom.My не е действал vslepuyu.Bolshinstvo бръмбари, решихме да работи, може да превозва товар до 20-30% от собственото си тегло. По този начин, максималните размери на "системата за контрол" на оборудване се определя от големината на насекомото. Тъй като ние знаехме кои мускули контролират работата на крилото, имахме основание да се смята, че доставката на електрически сигнали се промени честотата на мускулите на всяка страна на тялото на насекомо ще ни даде възможност за промяна на траекторията на полета си, промяна на режима на крилата.

Знаем също така, че бръмбарите в полет са широко използвани визуална информация. Както при хора, с оглед въвеждане на насекоми окото, възбуди светлочувствителни неврони. От тези сигнали NE-Reda чрез визуални листа в средата на мозъка и ганглии, където те се обработват чрез осигуряване на насекомо визуална информация в хода на нейното движение. Ние също имаме данни и че в много случаи е важно и интензитета на светлината. По този начин, цената драстично изключват осветлението в стаята, тъй като полетът на бръмбарите се спре незабавно. Това доведе до предположението, че те се нуждаят от едно докосване сигнал от окото, за да продължи да работи по крилата. Ние се мотивира, че стимулиране на оптични лоба или райони в близост до основата им може да доведе до необходимите двигателни реакции. Тъй като имплантиране на електроди директно в очите или оптични лоба намали способността на насекомото да маневрира, решихме да се стимулира зоните в основата на оптични лоба. Стимулиране на отделните неврони Не можем potrebovalos.Kogda изпратихме подходящия електрическия импулс в района близо до основата на оптични лоба бръмбар почивка от работата, извършена собствената си система, и изпратени на насекоми в полет.

наврежда

Първият успешен полет бе предшествано от много провали. Ние първи работи с бръмбари половин Буболечките на тъмни места (Zophobas Morio) дължина от около 1,5 см и тегло 1 гр

В резултат на това ние включен в Тексас bronzovok (Cotinis texana) с дължина от 2 см и с тегло 1-1,5 г, широко разпространен в югоизточната Съединените щати. Texas престилка-не само добре познат летец, но също така и с вредителите на плодове sadov.I за една или две години, ние сме получили хиляди от тези бръмбари от страна на фермерите, които не можеха да повярват, че някой е готов да не просто да ги избави от вредители, но и да плащат допълнително.

От Тексас престилка може да носи полезен товар на само 200-450 мг, оригиналната система не е имало радио. За проверка на напредъка на контрол, ние положи екипа на полет в микропроцесора и гледах бъг в свободен полет, обвързани с низ или фиксирани в рамките на кардана. (Определяне на бъг в тази суспензия ви позволява да го гледате в "полет до мястото.")

Първият успех с бръмбари Cotinis се постига по два месеца. След известно експериментиране, ние открихме доста голяма част от неврони, електрическа стимулация, която да позволява възпроизвеждане и предсказуема модулация полет. Открихме, че стимулиране на мозъчните области бръмбар лежи точно по средата между неговите леви и десни оптични лобове, бързи електрически импулси (около 10 мс, и с честота от около 100 Hz, продължителност) кара насекомото, за да победи с криле и да вземат правилното полет поза почти всички случаи ( в 97% от случаите, за да бъдем точни). Също така е интересно, че по-дълъг импулс, подадена в една и съща зона, напълно да спре движението на крилата. С други думи, ние можем да стартирате или спрете бръмбар полет хранене първи импулс, причинявайки крилата да работят, а след това от друга страна, с което се прекратява действието на крилата.

Изглежда, че вече импулс причинява задръстване в основата на визуална неврони лоб, блокиране на предаването на електрическата signalov.V разрушен от спусък сигнал, който поддържа вибрацията на крилата. Ние открихме, че електрически импулси отново и отново работят добре, без значение какво бих искал да бъг в момента. Ако, когато започнахме да прилагат 10-мс импулси, насекомо пълзи на масата, тя започва да се бие с криле и излитане. Ако ние се обърнахме бръмбар на масата по гръб, той започва да бие крилата си в това положение. Ако той летеше, а ние се прилага допълнителен тласък, крилата си спря да работи, той падна и си отиваха polzti.Nikakih признаци, че нашите тестови лица са получили повреди, дори и в случай на падане на пода, ние не nablyudali.Zhuki с имплантирани проводници са живели много по- много, и тяхното свободно колеги (няколко месеца). Те просто лети, ядене и чифтосване. Освен това, ние открихме, че чрез прилагане на алтернативно в бърза последователност на сигналите "Start" и "Стоп", могат да бъдат изменяни от вибрациите на крилата. Това означава, че когато бръмбар лети бързо последователно прилагане на двата отбора не се прекрати с криле, но до известна степен то пречи. В резултат на промените, създадени от крилата на сцепление, което ни позволява да се контролира силата разработен от насекомите да лети като пилот с помощта на педала на газта, за да контролира идея на двигателя на самолета.

Осъществяване на бръмбара да се обърнем, microwires имплантирани в своята лява и мускулите bazalyarnye. Хранене 10 мс импулси в дясната ръка, ние я накара да се развие по-голяма мощност, което води до насекомото се обърна nalevo.V В крайна сметка ние започнахме да работим с бръмбари Mecynorrhina torquata, чиято маса достигне 8 г, което ги прави идеални носители на радиото и на полезния товар, ние сме разработили дотогава.

Следващи стъпки

Не по-малко очевидна, отколкото някои от нашите постижения, необходимостта да се отиде по-далеч. Въпреки, че ние доказахме, че можем да направим бръмбарите Обърни се наляво и надясно и летят наоколо, ние искаме да се даде възможност да се изпратят своите траекториите на комплекс триизмерен, така че те да могат да се преодолеят пречките, като лети в помещенията чрез комини или тръби. За тази цел, ние сме включени в полезния товар на миниатюрни микрофони, които усещат вибрации на крилата си по време на полет. Когато звукът достигне определено ниво, грубо показателно за интензивността на колебанията на крилото, ние можем да осигурим точно избраните темпото импулси към мускулите, които контролират бръмбар се превръща в полет.

Оборудването работи чудесно, но бихме могли да използваме помощта в създаването на програми за управление на нашите тестови полет насекоми. Ние се обърна към някои от колегите му, които имат богат опит в създаването на програми за напълно изкуствен самолети. Въз основа на натрупания опит с безпилотни хеликоптери Петър Abbil (Pieter Abbeel) от Университета на Калифорния в Бъркли и неговите ученици Светослав Колев (Светослав Колев) и Nimbus Gehauzenom (Nimbus Goehausen) разработване на система за управление, която ще се разбият сложни команди (например командата за "завой 200 полето ") в компоненти (например," файл 10-MS импулси в лявата bazalyarnuyu мускул толкова много секунди "). След това потребителят трябва да въведе някои корекция на курса и да зададете, необходими за изпращане на бъг в желания курс стимули е микропроцесор само. За да разберете какво трябва да бъде импулс последователност, ние използвахме магнитен резонанс, обширни проучвания на анатомията на бръмбарите и тяхното високоскоростен стрелба във въздуха, за да се определи пространствената конфигурация и функциите на някои други мускули, отговорни за експлоатацията на всяко крило. Въз основа на информацията, която имаме днес са насочени към различни мускули, за да бъде в състояние да контролира по-стабилно процент и ролка бръмбар в свободен полет.

Необходимо ли е да се създадат киборг бръмбари?

дали насекоми ще бъде с дистанционно управление роботи полезен като, - отворен въпрос, въпреки че мисля, че е. На пазара и ще продължим да правим всичко по-малки и по-леки микроконтролери и радио, което ще ни позволи да се развие по-надеждна и точна от нашите контролер киборг бръмбари. Тъй като развитието на миниатюрни източници на енергия с висок капацитет или механични крила с висока ефективност продължават да представляват големи трудности, нашите бръмбари с изключително ефективни техните мускули ще имат значително предимство пред напълно изкуствен самолети.

Видео: бръмбари Киборги ще заменят безпилотни летателни апарати; AI ще се научите как да играете покер (31/03/2016) Новини

От всички потенциални въздействия, които могат да доведат до нашата работа, най-важното, ние вярваме, следното: тъй като намаляването на размера на компютърни устройства, и нашето разбиране на биологичните системи, човечеството ще се опита да включи повече и по-настойчиво изкуствени интерфейси на контролните вериги на живите същества. Развитие на подробност, започващ на насекоми помощ, за да се избегнат грешки при работа с по-високо организирани същества като плъхове и мишки, а по-късно с хората. Може би това ще бъде отложена за бъдещето на много от най-етичните въпроси (по-специално - на свободна воля), която ще се увеличи рязко, когато работата ще започне с гръбначните животни. Работа с бръмбари киборги няма да попречи на учени, ангажирани в създаването на изцяло изкуствени роботи (защото понякога хората правят по-ефективна машина от природата). Но науката за мека интеграция на живите същества с изкуствени устройства е в начален стадий.