Бионични насекоми. Агенция DARPA се опитва да създаде войниците на бъдещето. Американски изследователи прилагат системи за контрол на полета при различни видове за военна употреба

публично

Науки 28.12.2009 08:00

Микеланджело отгледан

Както в най-ужасяващия B филм, армия от колеоптери лети дистанционно контролирана от зловещи военни. В състояние да разпознават терена, да носят сензори за химическа война или да комуникират съобщения, насекомите са аванпост във войните на бъдещето. Сценарият не е дело на разстроен ум, а на някои от най-известните в Америка. Агенцията DARPA, зависима от Министерството на отбраната на тази страна, и няколко от най-добрите американски университети, работят с бръмбари, молци и други бионични насекоми от 2006 г. насам. Сега, след като похарчихме няколко милиона долара, пристигат първите резултати.

Проектът се нарича HI-MEMS (Hybrid Insect-Microelectromechanical Systems, за неговия акроним на английски език) и има за цел да постави механични части в живите същества. Тези животни киборги биха работили по волята на своя господар. По този повод DARPA разглежда как да вмъкне малките артефакти в насекомите в тяхната ларва или кученце. С това окабеляването се интегрира в тялото на животното, когато достигне възрастен. Към този план са се присъединили четири екипа от изследователи от университети като тези на Калифорния в Бъркли, Мичиган, Масачузетския технологичен институт (MIT), Тексаския университет за а&M или института Бойс Томпсън, напреднал център за биологични изследвания, свързан с Корнел университет.

Системата се поставя в етапа на куклата, за да може възрастният да я интегрира в тялото си

Виждането на огромен бръмбар, дълъг четири или повече инча, като Megasoma elephas или Mecynorrhina torquata, отлети е впечатляващо. Но виждайки как в задната част на стаята някой управлява полета си с компютър, създава безпокойство. Изследователи от Департамента по електронно и компютърно инженерство в университета в Бъркли публикуваха статия преди няколко седмици в специализираното списание Frontiers in Integrative Neuroscience под заглавие Радио дистанционно управление при летящи насекоми. Заедно със статията, която описва последните му постижения, има и поредица видеоклипове с доказателство за успех.

Изображенията показват как различни бръмбари движат крилата си, първо прикрепени към кабел и по-късно в полет, но по волята на човешки оператор. В проучването са участвали и ентомолози и инженери от университетите в щата Аризона и Мичиган.

Изследователите са избрали тези големи бръмбари, за да могат да носят допълнителен товар между 20% и 30% от теглото си. Фактът, че асинхронно използва двете си крила, за да лети, пред други насекоми, които ги бият едновременно, също беше взет под внимание. Въпреки че конкретният нервен път, който контролира инициирането и прекратяването на полета, не е напълно разбран при нито едно насекомо, в работата те обясняват, че са възнамерявали да „инициират, спрат и модулират трептенето на крилата чрез директна електрическа стимулация на мозъка“.

За да се контролират завоите и промените в посоката, токът се прилага към лявата и дясната базална мускулатура (разположени в гръдния кош на животното, те участват в контрола на полета). Окабеляването завършва в миниатюризирана система за контрол на радиочестотата, прикрепена към гърба на бръмбара.

Окабеляване преди метаморфоза

Прилагайки импулс към основния мускул, животното се обръща надясно или наляво

Кабелите за микроконтролера не се полагат, когато животното е възрастен. Хирургичното поставяне на до четири електрода, един от тях в мозъка, може да убие животното или поне неговите двигателни умения. Това, което учените са направили, е да положи кабелите, когато бръмбарът е в какавидата си. Докато се развива в пашкула си, живите тъкани покриват жицата. Насекомото го прави негово. Трябва само да изчакате метаморфозата му да завърши и да приложи изтеглянията буквално.

Този калифорнийски екип, оглавяван от професор Мишел Махарбиз, подложи различни колеоптерани на отрицателни и положителни електрически импулси от 3,2 волта. Под това ниво грешките не реагираха. В случая на Mecynorrhina torquata, десетте използвани киборги полетяха, когато усетиха изхвърлянията. Вече в полет трябваше да поддържате стимула.

Чрез последователни тестове за проби и грешки изследователите постигнаха полет, поддържан от определена честота на електрическите импулси. И накрая, обратният завой, който изглеждаше по-сложен за постигане, беше лесен. При прилагане на пулс към левия основен мускул, животното се обърна надясно (и обратно) в 75% от случаите. Освен това, в зависимост от продължителността на разреждането ъгълът на въртене варира.

Все още има какво да се направи, като например още по-джудиране на механизма, по-добро разбиране на невронните пътища, които контролират крилата, или систематизиране на данните за полета, за да се създаде компютърна програма, която контролира насекомото. Но целите на DARPA са по-близо до постигането. Спецификацията на програмата HI-MEMS изисква киборг, способен да лети на 100 метра и да стои в определена зона с допустима грешка от пет метра, всички направлявани.

Радиоактивен изотопен имплант може да енергизира целия механизъм

С GPS в теглене

Но програмата DARPA не се ограничава само до окабеляване на бръмбари. Крайната цел е да се контролира рояк от насекоми за военна употреба. Как и за какво са отворени въпроси. Сред възможните им мисии са тези за извършване на шпионска и разузнавателна работа, без да бъдат открити. За да направите това, ще е необходимо да вмъкнете система, която позволява всяко насекомо да бъде поставено на картата. Излъчването на радиовълни или използването на GPS са две от възможностите. Проучва се и включването на камера, която да показва какво вижда насекомото.

Но с всяка унция допълнителен технологичен товар, по-малкото видове кандидати, които могат да носят радиоприемник/излъчвател, GPS, верига и батерия, за да захранват всичко това. Всъщност теглото е един от факторите, който ограничава резултата. Въпреки че е тестван с други видове бръмбари или молци (като Manduca sexta), по-малки, но обещаващи, по-ниската им товароносимост ги е изключвала досега.

Друг екип от изследователи може да е намерил начин да облекчи насекомите: да замени тежката батерия с радиоактивен изотоп. Учени от университета Корнел наскоро представиха прототип на предавател, захранван от радиоактивен изотоп, никел-63, който може да доставя импулси от 5 миливата години в продължение на панаира на Микроелектромеханичните системи (MEMS) в Балтимор (САЩ).

Дълголетието се усложнява от малкия му размер: все още във фазата на прототипа, той едва покрива квадратен сантиметър. Професор Амит Лал е в екипа, който го е разработил. Случва се така, че Лал стартира програмата HI-MEMS през 2006 г.

Нито Лал, нито професор Махарбиз искат да разработят по-подробно своите експерименти. Всъщност, въпреки количеството технически данни, които те представят в своите научни статии, останалите изследователи не искат да отговарят на въпроси относно следващите стъпки, които възнамеряват да следват, какви други видове са интересни или дали този тип етичен проблем ги поставя. „Нито DARPA, нито нейните изследователи, нито учените, които си сътрудничат в програмата HI-MEMS, не отговарят на въпроси по този въпрос“, обясняват от агенцията.

Това, което те броят, е, че има четири екипа, съставени от изследователи от различни университети. Те също така разкриват, че вече са похарчени малко над осем милиона евро. След първите две фази (вмъкване в стадия на кученцето и контрол на свободния полет), в момента работим по усъвършенстване на този контрол. За целта ще бъдат отворени няколко направления на изследване. В допълнение към невроналната и мускулна електростимулация на екипа на професор Махарбиз, други ще учат как да стимулират и контролират полета, като се възползват от естествената реакция на животното на тактилни стимули (например с микровълни) и визуална (прибягване до нискочестотна радиация) . Ще трябва да изчакаме до 2010 г., за да разберем резултата.

През май 1964 г. професор от Йейлския университет застава пред бик и го призовава с носа си в арената в Кордова. Животното, вярно на своите инстинкти, се зарежда. Но след няколко сантиметра, когато го улови, той спря за кратко. Феновете на бикоборците бяха испанецът Хосе Делгадо, пионер в намесата в поведението на животните чрез електрически стимули. Изгнан в САЩ след Гражданската война, Делгадо проектира система, стимулецептора, чрез която с поредица от електроди твърди, че може да манипулира поведението на животните. Делгадо го е тествал върху маймуни, кучета, котки и дори хора.