Согласно недавнему экспериментальному исследованию, тараканы могут однажды спасти вашу жизнь! Исследователи превратили этих насекомых в киборгов, способных объединяться в стаи для спасательных операций. Для этого они оснастили тараканов интерфейсами «мозг-машина» и разработали алгоритм для управления их навигацией.
Теперь технологии позволяют поручать роботам миссии, которые слишком опасны или невозможны для человека. Такие машины будут особенно полезны для поиска выживших после стихийных бедствий или для исследования зон повышенного риска. Однако большинство современных роботов имеют технические ограничения, которые делают их непригодными для работы в таких условиях. Например, им трудно передвигаться по неровной местности, такой как зоны бедствия или загроможденные подземные пространства. Они могут испытывать трудности с навигацией, не сталкиваясь с препятствиями или другими роботами, а их производительность может быть ограничена, если они не имеют систем, адаптированных к различным условиям. Кроме того, для достижения максимальной автономности им необходимо эффективно управлять потреблением энергии.
В ответ на эти вызовы исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре предлагают использовать тараканов, оснащенных миниатюрными электронными контроллерами. Эти устройства могут использоваться для управления насекомыми, которые уже обладают природной способностью избегать препятствий. В новом исследовании, опубликованном на сервере arXiv, ученые представляют свой усовершенствованный навигационный алгоритм, адаптированный к поведению роя. Цель проекта — помочь в поисково-спасательных операциях после стихийных бедствий.
Насекомые-киборги
Для своих экспериментов исследователи использовали мадагаскарских тараканов (Gromphadorhina portentosa), превратив их в «насекомых-киборгов». Известные своей устойчивостью к экстремальным условиям, эти тараканы были оснащены миниатюрными электронными устройствами, прикрепленными к их спинам. Они позволяют дистанционно управлять их движениями с помощью центрального компьютера, который посылает им сигналы. Эти сигналы передаются тараканам через электроды, расположенные рядом с их органами чувств (своего рода интерфейс «мозг-машина»), что позволяет им точно ориентироваться в сложной среде.
В предыдущем исследовании та же команда представила аналогичные устройства управления. Насекомые были оснащены микрокомпьютером и инфракрасной камерой, что послужило основой для нынешнего устройства.
a) Таракан-киборг, несущий на себе печатную плату, систему управления движением, модуль беспроводной связи и аккумулятор. b) Фотография, сделанная во время навигации тараканов в смоделированной сложной среде (вид сверху).
Усовершенствованные алгоритмы навигации
Чтобы эффективно управлять навигацией роя, исследователи разработали алгоритм, обеспечивающий согласованное движение группы. Эта система была протестирована в серии из десяти опытов, гарантирующих воспроизводимые результаты.
Группа из 20 тараканов была помещена на песчаное поле площадью 3,5 квадратных метра, имитирующее сложную среду с холмами и скалами. Испытания показали, что рой может быть организован иерархически: лидер и 19 последователей. Лидер знал объективную позицию и знал, куда должна двигаться группа, в то время как остальные члены знали только относительное положение своих соседей.
Армия тараканов выходит на песчаный полигон.
Алгоритм не только доказал свою эффективность в управлении роем, но и позволил снизить частоту электрической стимуляции, необходимой для управления насекомыми. Такое улучшение повышает автономность системы, тем самым увеличивая шансы на успех потенциальных спасательных миссий.
В первой части этого видео показаны некоторые выдержки из проведенных испытаний:
