Представьте себе, что вы оказались под завалами после землетрясения, и к вам приближается кибернетический таракан с электроникой и пружинным шприцем на спине. Хотя это зрелище может показаться пугающим, прототип парамедицинского киборга, или "Парабога", в будущем может помочь доставить жизненно важную помощь жертвам катастроф, которые иначе были бы недоступны для спасателей.

Проблемы в робототехнике

На протяжении десятилетий ученые стремились разработать кибернетических насекомых как "обходной путь к решению некоторых из самых сложных задач в робототехнике", отмечает Т. Танг Во-Доан, директор Лаборатории биоробототехники Университета Квинсленда в Брисбене, Австралия. В своей недавней статье о Парабогах исследователи подчеркивают, что создание робота размером с насекомое, который мог бы надежно передвигаться по завалам, преодолевать неровные поверхности и восстанавливаться после падений, является чрезвычайно сложной задачей. Насекомые уже обладают многими из этих мобильных характеристик, поэтому вместо того, чтобы создавать искусственные версии всех частей тела насекомого с нуля, исследователи могут интегрировать электронный интерфейс в тело насекомого, чтобы использовать его существующие возможности.

Эксперименты с гигантскими тараканами

Для решения вопроса о том, что происходит после того, как насекомое находит жертву, исследователи провели эксперименты с гигантскими роющими тараканами (Macropanesthia rhinoceros), родом из Австралии. Эти тараканы весят около 40 граммов, что делает их самыми тяжелыми в мире, и они способны переносить значительные нагрузки, что делает их идеальными кандидатами для кибернетических экспериментов. Тараканы были оснащены легкой электроникой, включая электроды, имплантированные в их антенны и маленькие хвостовые отростки, известные как церки. С помощью беспроводного управления, аналогичного игровому контроллеру, исследователи могли управлять движениями тараканов: поворачивать влево или вправо, заставлять двигаться вперед или останавливать.

Спасение с помощью инъекций

Каждый из Парабогов был также оснащен либо беспроводной камерой, либо дистанционно управляемым инъектором, который использовал пружину для запуска шприца с лекарством в ближайшую цель. Химическая реакция внутри шприца создавала всплеск углекислого газа, который создавал давление и вводил препарат в цель. Парабоги разрабатываются для работы в командах, где некоторые несут камеры, а другие — инъекторы с потенциально жизненно важными медикаментами. Исследователи решили не нагружать одного таракана и камерой, и инъектором, так как это могло бы повлиять на его подвижность на сложной местности. Вместо этого они предполагают использование подхода с роями, где разные специализированные киборги выполняют взаимодополняющие роли.

Успехи и испытания

В ходе тестов концепции ученые смогли успешно провести Парабогов по 2,5-метровому курсу, преодолевая три контрольные точки, прежде чем запустить свои иглы в 8 на 10 сантиметровый силиконовый мишень. В 25 испытаниях тараканы завершили курс каждый раз и успешно ввели препарат в 72% случаев. "Долгосрочная цель состоит в том, чтобы объединить продвинутую локомоцию насекомого с сенсорными и интервенционными возможностями, чтобы мы могли быстрее достигать и помогать большему числу людей", — говорит Во-Доан. Хотя Парабоги могут управляться удаленно, сами тараканы остаются живыми существами и могут использовать свои навыки для навигации по сложной местности.

Проблемы восприятия и практическое применение

Исследователи признают, что для человека, который уже оказался в ловушке или получил травму, приближение кибернетического насекомого может быть немного неожиданным или даже пугающим. Способы, которые могут помочь людям почувствовать себя комфортно с этой технологией, могут включать мигающие огни, узнаваемые знаки экстренной помощи или, возможно, крошечный динамик, который будет передавать простое сообщение, например: "Помощь уже в пути". В будущем Во-Доан и его коллеги намерены решить практические проблемы, связанные с Парабогами. Это включает в себя компенсацию движений жертв, установление надежной беспроводной связи внутри обрушенных конструкций и управление киборгами, когда они поднимаются и проходят через сложные среды, заполненные завалами и пылью. Автономия станет все более важной, особенно если ученые захотят управлять несколькими киборгами одновременно. Кроме того, основная проблема работы с кибернетическими насекомыми заключается в том, что они являются живыми существами с собственным разумом. "Мы не управляем ими, как обычными колесными роботами", — говорит Во-Доан. "Электрическая стимуляция влияет на их направление, но насекомое все равно генерирует и контролирует большую часть своего движения само". Для решения этой проблемы Парабогам потребуются более совершенные бортовые системы для определения их положения и мониторинга их действий, чтобы исследователи могли распознавать, когда насекомое отклоняется от курса или становится менее отзывчивым. "Мы не утверждаем, что это медицинское устройство готово к использованию на людях сегодня", — добавляет Во-Доан. "Настоящие места катастроф полны нестабильных обломков, узких проходов и проблем с коммуникацией, поэтому нам нужно понять, как насекомое, электроника и инъектор работают в таких условиях. Существуют также важные вопросы, касающиеся выбора и дозировки препаратов, стерильности, безопасности игл, надежности и регулирования". В конечном итоге, такие исследования кибернетических тараканов могут помочь в разработке роботов, объясняет Во-Доан. Эти насекомые "могут дать нам полезные возможности быстрее, одновременно помогая нам развивать полностью искусственные системы будущего". Ученые подробно изложили свои выводы в журнале Advanced Science в прошлом месяце.