Насекомые киборги

Насекомые, управляемые с пульта ДУ, присутствуют не в одном фантастическом фильме и рассказе. Незаметные и ловкие разведчики, оставляющие позади любой микроскопический беспилотник, до сих пор виделись военным лишь в сладких снах. Но если есть заказ, учёные и инженеры рано или поздно его выполнят.

Небезызвестное научно-исследовательское агентство Пентагона DARPA ещё в 2006 году открыло тему "скрещивания" насекомых с микроэлектромеханическими системами - Hybrid Insect MEMS. За превращение разнообразных букашек в киборгов взялись сразу несколько коллективов. Особенно интенсивно работа закипела в "совместном предприятии" специалистов из Калифорнийского в Беркли (University of California at Berkeley) и Мичиганского (University of Michigan) университетов.

Немало экспериментаторы поломали головы над оптимальной системой управления насекомыми. В 2008 году группа под руководством Майкла Махарбица (Michel Maharbiz) показала общественности первые успехи: сигналы, подаваемые на имплантированные в жуков электроды, заставляли последних начинать или прекращать махать крыльями (в зависимости от полярности напряжения).

В первых опытах жуки были закреплены неподвижно, а сигналы посылались по проводкам. Далее учёные сумели отвязать своих подопечных: крошечные схемы управления научились помещать на самих насекомых. При этом подачей импульсов на отдельные мышцы, а также - при помощи полоски светодиодов, расположенной перед глазами летающего существа, исследователи научились задавать жуку направление движения.

Но последовательность команд была зашита в памяти микросхемы, так что насекомое могло выполнять только жёстко предписанный "план полёта". Чтобы получить подлинное ДУ, нужно было добавить радиоканал. А это увеличивало вес электроники, что грозило настоящим тупиком.

И вот в начале 2009 года объединённая команда двух университетов порадовала продолжением темы: впервые были "созданы" летающие насекомые-киборги с радиоуправлением.

В конце января американские умельцы выступили в Италии на международной конференции по микроэлектромеханическим системам IEEE MEMS 2009. Представлял работу один из её авторов Хиротака Сато (Hirotaka Sato).

Жуки-носороги (Mecynorrhina torquata), использованные в данном эксперименте, насчитывали от 4 до 8 сантиметров в длину и весили от 4 до 10 граммов. Им имплантировали шесть электродов в мускулы и "мозги", а команды на взлёт, посадку или разворот теперь могли подаваться на расстоянии - с ноутбука.

Для этого авторы исследования собрали крошечные контролирующие устройства, которые преобразовывали команды, принимаемые по радиоканалу, в электрические импульсы, подаваемые на электроды. Эти контроллеры и наклеили на спины подопытным созданиям.
Плата с микросхемой, приёмопередатчик, работающий на частоте 2,4 ГГц, дипольные антенны, аккумулятор на 8,5 миллиамперчаса - такова получилась ноша жуков-киборгов. А потянула она всего на 1,33 грамма, что меньше предельной грузоподъёмности жука-носорога, который может взлететь с тремя граммами "на борту". Это, кстати, одна из причин, по которым для новых опытов выбрали данных созданий: не каждый жук поднимет даже такой крошечный электронный модуль.

В среднем через полсекунды после электростимуляции соответствующего нерва жуки поднимались в воздух. Вероятность успеха при нажатии на ноутбуке кнопки "взлёт" составила 97% (29 выполненных команд из 30 попыток). В самом же полёте жуки успешно маневрировали по распоряжениям учёных (выполнялись простые сигналы "вправо" и "влево").

Причём, как оказалось, для уверенной коррекции курса не требовалось светить в правый или левый глаз создания белыми светодиодами (как в прошлом году), достаточно было просто подавать электрические импульсы сразу в зрительные участки нервной системы.
И только в случае куколки электроды постепенно зарастают молодой тканью и оказываются без последствий интегрированы в насекомого, причём получается прочный механический и электрический контакт. Кстати, такой подход применяют и другие группы, работающие в данном направлении (иллюстрация Maharbiz Research Group).

Исследователи полагают, что жуки могут сыграть роль универсальных платформ для разнообразных датчиков, в том числе - микроскопических видеокамер. Тут опять-таки американские учёные похвалили своих трудяг-носорогов, отметив, что их предельная грузоподъёмность в 3 грамма, за вычетом 1,3 грамма на схему управления, означает возможность смонтировать на спине насекомого целевую нагрузку весом 1,7 грамма.