С начала 21 века ученые - и, конечно, военные - фантазировали об идее создания роботов-насекомых или «кибугов» (организмов, состоящих из живой материи и электронных устройств). Теперь, с манипулированием нервными связями этих существ, это более чем возможно.
Биоботы: наполовину насекомые, наполовину киборги
Спасательная команда готовится к чрезвычайной ситуации. Здание рухнуло, и есть опасения, что люди могут оказаться в ловушке под обломками. Войти необходимо, но в любой момент конструкция может рухнуть, обнажив жизнь спасателей. К счастью, есть отряд, который без колебаний попадет в эту смертельную ловушку. Наоборот: это темное и полуразрушенное пространство было бы идеальным домом для их гнезд. В конце концов, несмотря на то, что это спасательный отряд киборгов - как известны существа, состоящие из электронной части из живой материи, - в глубине души его члены все еще тараканы. Вы хорошо читаете. Настоящие блатодео, которые с помощью микрочипа, имплантированного в их спину и подключенного к их нервной системе, контролируются для спасения жизней. Я знаю, это звучит как сюжет диснеевского фильма - на самом деле, кибернетические жуки уже вдохновили персонажа - но, по словам Альпера Бозкурта, который разработал этих биоботов-насекомых или «кибержуков», в недалеком будущем наш лучший друг в аварийная ситуация могла быть одним из его тараканов
В течение нескольких десятилетий такие дисциплины, как робототехника, находили в этих малышах один из самых богатых источников вдохновения для создания новых машин. Например, микророботы, крошечные устройства, стремятся воспроизвести способности насекомых для нашей пользы: от механических пчел, таких как RoboBee в Гарвардском университете, до устройств, способных ходить по воде, таких как Water Strider в Сеульском национальном университете (Корея), даже роботов-тараканов. как Плотва, созданная русскими инженерами для выдерживания больших нагрузок, это лишь некоторые из десятков артефактов, созданных под багманией.
Но не будем себя обманывать. Даже самые совершенные из этих приспособлений даже близко не догоняют своих биологических собратьев: в то время как обычный таракан развивает скорость до 5,4 км/ч, плотва едва достигает 1,09 км/ч. По силе то же самое: эти твари выдерживают давление, в 900 раз превышающее вес их тела, а их двоюродный брат винтов и гаек, ну… он может нести около 10 граммов и выдерживать удар… Не говоря уже о его производительности в неизвестные среды или враждебные. Как справедливо отмечает Альпер Бозкурт, «создание небольших роботов, которые работают в таких неопределенных и динамичных условиях, таких как обрушившееся здание, чрезвычайно сложно». С другой стороны, нет никаких сомнений в том, что тараканы являются экспертами в подобных местах.
Очевидно, что в инженерном отношении Мать-Природа опережает нас на миллионы лет. Насекомые - просто совершенные машины. В таком случае, считает Бозкурт, руководитель Лаборатории интегрированных бионических микросистем в Университете Северной Каролины, США, также известной как iBionicS Lab, лучше использовать их напрямую, чем безуспешно пытаться воспроизвести их способности..
Но это легче сказать, чем сделать. Хотя в некотором смысле мы уже используем возможности этих существ, например, для производства меда или шелка, которые мы потребляем, было бы непросто заставить хотя бы одну из медоносных пчел в наших ульях действовать как почтовый голубь.. Не говоря уже о тараканах, чтобы выслеживать раненых.
Однако именно этого Бозкурт вместе с почти дюжиной других ученых со всего мира пытается добиться, буквально проникая в ваш мозг.
Из кокона
В середине прошлого десятилетия у Амита Лала, тогдашнего директора Управления микросистемных технологий DARPA, Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, случился своеобразный приступ вдохновения. В научно-фантастическом рассказе «Ястреб-перепелятник» (1990) биолог-теоретик Томас А. Истон описывает реальность, в которой модифицированные животные заменили машины: гигантские птицы используются в качестве транспорта, а колоссальные жуки служат зверями.
Все благодаря генной инженерии и разработке электромеханических контроллеров, которые, подключенные к мозгу этих существ, позволяют им управлять.
Это не совсем безумие, подумал Лал: «Используя микроэлектронику, встроенную в его тело, мы могли бы управлять полетом насекомых, чтобы буквально превратить их в беспилотные летательные аппараты». Точно так же, как мы разводили лошадей и верблюдов в качестве вьючных животных, можно рассмотреть возможность использования способностей насекомых для роботизированных миссий.
Амит Лал не был первым, кто пытался создать животных-киборгов. С 50-х годов прошлого века под прикрытием Холодной войны предпринимались попытки имплантировать технологии в живые существа с целью улучшения или контроля их способностей. Провалившаяся операция «Акустическая кошечка» Центрального разведывательного управления правительства США (ЦРУ) была одной из первых, кто к ней стремился. Вставляя микрофон в слуховой проход кошек, предполагалось превратить их в киборгов-шпионов против русских. Хвост кошки служил антенной и передатчиком. Однако от проекта пришлось отказаться, когда во время первого полевого испытания котенка сбило такси.
Более успешным был Хосе Мануэль Родригес Дельгадо (1915-2011), испанский нейробиолог, который продемонстрировал, как с помощью электрических импульсов, воздействующих на различные части двигательной области мозга, можно управлять движениями шимпанзе, кошек и даже быки. Когда мы двигаемся, от мозга исходит электрический импульс, приказывающий каждому участнику, что делать.
Родригес Дельгадо нашел способ перехватить и изменить эти сообщения. В середине 1960-х он добился большой известности после того, как показал, как перед нападением боевого быка, которому вживили один из его имплантатов, животное останавливалось на месте, когда испанец нажимал простую кнопку. Из-за этических последствий его исследований он был подвергнут остракизму; однако его работа открыла дверь, которая позже позволила связать разум с машинами.
В этом смысле, хотя мозг и не перестал скрывать бесчисленные тайны, было обнаружено, что у насекомых система управления движением относительно проста. Воспользовавшись этим, можно разработать микрочипы, которые после имплантации в тело и мозг этих животных позволяют ученым контролировать их движения и поведение почти так же просто, как управлять тележкой с дистанционным управлением..
Покорение кибуга
Имея это в виду, Амит Лал предложил DARPA проект HIMEMS (Hybrid Insect Micro-Electro-Mechanical Systems), направленный на разработку интерфейсов насекомое-машина. К счастью, DARPA является одним из тех мест, где высоко ценится воображение - недаром оно известно как колыбель одних из самых экстравагантных военных технологий в мире - поэтому в 2006 году оно призвало ученых страны представить «Инновационные предложения по развитию технологий с целью создания кибугов».
Альпер Бозкурт был тогда аспирантом в лаборатории SonicMEMS Корнельского университета, наставником которой был никто иной, как Амит Лал. Когда Бозкурту потребовалось DARPA, и он переехал в Вашингтон, академическое сотрудничество между учеником и учителем продолжилось, что привело к тому, что Бозкурт полностью вовлекся в фантазию Лала о том, чтобы сделать эру биоботов-насекомых реальностью.
Первое важное событие не заставило себя долго ждать: в январе 2008 года на 21-й Международной конференции IEEE по микроэлектромеханическим системам - самой важной встрече в мире электротехники, электроники и смежных областей - г. Бозкурт и компания впервые объявили об управлении полетом у насекомых: они контролировали движение крыльев бабочки вида Manduca sexta, которой был привит электрод на стадии куколки. Эта процедура, известная как технология введения ранней метаморфозы (EMIT), позволила телу животного слиться с электронным устройством. Этим методом Бозкурт не только определяет направление движения своих мотыльков, заставляя их идти вверх, вниз, поворачивать влево или вправо, но и определяет скорость движения их крыльев.
Растущий рой
Сегодня, после почти десятилетнего исследования, биоботы или насекомые-кибуги все ближе становятся реальностью. Различные центры по всему миру превратились в настоящие инсектарии, заполненные жуками (такими как Mecynorrhina torquata), мотыльками и бабочками (Agrius convolvuli), тараканами (Periplanetaamericana и Gromphadorhina portentosa) и даже пауками, такими как Heteropoda venatoria, которые из-за своего размера и Нервно-мышечные особенности оказались идеальными моделями для включения цепей.
Например, в 2010 году Мишелю Махарбизу, инженеру-электрику из Калифорнийского университета в Беркли, США, удалось управлять полетом жука-киборга с помощью джойстика, похожего на те, что используются в видеоиграх.«В конце концов, я искал самолет с дистанционным управлением», - говорит Махарбиз. Со своей стороны, Халил Наджафи из Мичиганского университета, также в Соединенных Штатах, не только разработал жуков-киборгов, но и стремится сделать их самодостаточными. Благодаря движению своих крыльев зеленые жуки или майатэ (Cotinis mutabilis) генерируют энергию, необходимую для работы их нейронного контроллера (обычно они используют батарейки). Генератор может производить до 45 мВт мощности.
Совсем недавно исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре обнаружили точное давление, позволяющее контролировать движение первых двух ног жука. Изменение электрических импульсов позволяет изменять расстояние, пройденное жуком, а также скорость. Исследователи объясняют, что следующая большая проблема заключается в том, чтобы манипулировать каждой из шести конечностей жука, чтобы имитировать естественное движение.
Очевидно, что одна из областей, которая может принести наибольшую пользу после того, как кибержуки покинут лаборатории, - это военные: оснащенные химическими датчиками, они могут обнаруживать следы взрывчатых веществ в зданиях или труднодоступных местах или, вооруженные камерами и микрофонами, служить в качестве шпионы (при условии, что будет найден более тонкий способ скрыть торчащий из тела «рюкзак»); показать, занято ли здание, или те, кто населяют его, являются гражданскими лицами или врагами. Однако, по словам Бозкурта, «существует большое количество гражданских приложений, в которых могут быть разработаны жуки-биоботы». Исследователь упоминает, например, экологический мониторинг, сбор данных об окружающей среде и атмосфере и, конечно же, поисково-спасательные операции во время стихийных бедствий, такие как отряд тараканов, который в сотрудничестве с исследователями Алирезой Дирафзоон и Эдгаром Лобатоном из Университета Северной Каролины, поднятый в середине 2016 года.
Force-C?
Среди биологических «платформ», которые были протестированы для использования в качестве биоботов, тараканы были особенно «активными». Его нервная система настолько проста, что даже вы могли бы создать свой собственный взрывной киборг. Если у вас осталось около 600 песо, образовательная компания Backyard Brains, основанная нейробиологами Грегом Гейджем и Тимом Марзулло, предлагает вам RoboRoach, полный набор для дистанционного управления нервной системой куки. Это первое кибернетическое тело, доступное на рынке, они объявляют на своем веб-сайте.
Уловка, позволяющая манипулировать ими, заключается в их антеннах: эти животные почти слепы, поэтому они распознают окружающую среду через свои длинные придатки. Чтобы взять их под контроль, достаточно подключить микрочип, запрограммированный на отправку слаботочных электрических сигналов через его антенны. Благодаря этим импульсам кибугу говорят, когда двигаться вперед, когда остановиться, когда повернуть направо или налево. Отчасти из-за этой простоты Бозкурт и Лобатон, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Университета штата Северная Каролина, США, решили основывать свои поисковые и спасательные исследования на этих животных.
Лобатон, который всегда работал с роботами и микророботами, столкнулся с проблемой, что эти устройства плохо реагируют на такие неопределенные и динамичные условия, как разрушенное здание. Именно тогда он встретил Бозкурта и его тараканов. Направляя их, они могли войти в здание и свободно бродить по нему. «Хотя эти насекомые часто воспринимаются как отталкивающие, на самом деле они представляют собой довольно интересную платформу с инженерной точки зрения», - говорит Эдгар Лобатон.
«Наша цель, - объяснил Бозкурт в интервью университетским СМИ, - состояла в том, чтобы определить, сможем ли мы создать беспроводной биологический интерфейс с этими животными. В конечном счете, мы думаем, это позволит нам создать мобильную интеллектуальную сенсорную сеть, которая будет использовать тараканов для сбора и передачи информации, например, для поиска выживших в здании».
Их предложение, объясняют они, будет основано на сотнях тараканов, которыми они будут манипулировать в случае стихийного бедствия. Благодаря программному обеспечению планируется использовать их социальное поведение и управлять ими как роем, одной и той же системой. Исследователи также разработали программу, которая предотвращает побег кибержуков. Он работает как своего рода невидимая сетка, которая удерживает их в определенной области, хотя и перемещается внутри нее во всех направлениях. Цель этой технологии состоит в том, чтобы помочь аварийно-спасательным службам найти и спасти выживших после стихийного бедствия.
Лобатон предлагает идеальный сценарий, в котором работали бы его киборги-блатодео: «После освобождения из пластиковых контейнеров «агентов» направляет к зданию дрон, который летает над территорией и скрепляет рой. Внутри тараканы бродят по помещению, исследуя участок за участком, каждый закоулок, выискивая признаки жизни. Благодаря микрофонам, которыми они оснащены, они могут улавливать звуки и искать их источник. Они также несут камеры. Как только они зафиксируют изображение или звук, их положение укажет спасателям, где копать, что снизит риск обрушения конструкции. Точно так же ресурсы и усилия концентрируются, увеличивая возможность спасения большего числа людей…»
По словам Лобатона по телефону, идея спасения тараканов была хорошо воспринята научным сообществом. «Многим это показалось интересным, - говорит он. Кроме того, алгоритмы и программное обеспечение, используемые в рое, могут быть применимы не только к этим животным, но и к другим типам систем. Однако есть кое-что, что не перестает беспокоить большинство: «Пока мы обсуждали детали платформы, кто-то сказал мне: Эй, Эдгар, а если я попаду в ловушку оползня и вдруг увижу, что стая тараканов идет прямо на меня с их фонариками и рюкзаками, ну… правда в том, что мне было бы очень страшно. Он начинал неудержимо кричать: «Тараканы, тараканы!» Я пожал плечами и ответил: «Ну, даже это помогло бы, не так ли?» Если вы кричите, будет легче узнать, где вы находитесь, и спасти вас», - говорит Лобатон. Без сомнения, первое, что нужно сделать, это выбраться живым, хотя годы терапии, которые потребуются многим после спасения этими своеобразными героями, беспокоят
Текст опубликован в журнале Muy Interesante México, выпуск за февраль 2017 г.