- 19,484
- 40
- 8 Ноя 2022
Робот собирает киборгов из живых насекомых — и это только начало автоматизации биологических тел.
Исследователи Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся способ серийной сборки «киборг-тараканов» и доказали, что насекомо-компьютерные гибриды могут уверенно двигаться по сложным поверхностям и работать в составе небольших роев. Команда нашла эффективную зону для электрической стимуляции движения — межсегментарную мембрану между переднеспинкой и среднегрудью мадагаскарского шипящего таракана — и спроектировала пару биполярных электродов с микровыступами для быстрого и надежного внедрения. Электроды интегрированы в лёгкий «рюкзак» с микроконтроллером и беспроводной связью Sub-1 ГГц, что позволяет управлять поворотом и скоростью насекомого.
Чтобы уйти от ручной «микрохирургии», которая требует опыта и занимает около 15 минут на особь, разработана автоматическая линия сборки. В неё входят роботизированный манипулятор UR3e с хватателем Robotiq, камера глубины Intel RealSense и фиксатор насекомого на салазках. Компьютерное зрение на основе модели TransUNet определяет на изображении границы переднеспинки и опорную точку для имплантации. Роботу задают оптимальный угол ввода, после чего он внедряет электроды и защёлкивает рюкзак на надкрыльях. Полный цикл — от фиксации до выпуска насекомого — занимает 68 секунд.
Сами электроды напечатаны методом DLP-3D-печати из АБС-подобной фотополимерной смолы и покрыты медью с помощью химического осаждения. Такая конструкция даёт низкое сопротивление (менее 70 Ом), достаточную жёсткость и самофиксацию в мембране, что повышает надёжность контакта и снижает требуемое напряжение.
Гибриды, собранные автоматически, показали управляемость на уровне вручную собранных образцов. Электростимуляция обеспечивала повороты более чем на 70° с максимальной угловой скоростью до ~240–275°/с и замедление хода примерно на 68 %. В отдельном эксперименте насекомое корректно прошло S-образную траекторию по командам оператора, что подтвердило точность направляющего воздействия.
Система сборки масштабируется и даёт высокую повторяемость. Наиболее высокая доля успешных имплантаций и фиксаций пришлась на особей длиной 5,0–6,0 см (80,0–86,7 %). Для более крупных тараканов проблему «незацепления» решило увеличение габаритов крепёжных крючков, после чего успех достиг 80 % и в группе 6,0–7,0 см. Включая вспомогательные операции, подготовка четырёх гибридов заняла 7 минут 48 секунд.
Практичность подхода показала и проверка «роя». Четыре гибридных робота, управляемые простыми периодическими стимулами и отслеживаемые по UWB-меткам, за 10 минут 31 секунду обследовали 80,25 % участка местности 2×2 м с препятствиями. Одинокие особи в тех же условиях перекрывали лишь 14,00–45,75 %, что подчёркивает преимущество многоплатформенного развертывания.
Авторы считают, что сочетание удачно выбранной зоны стимуляции и автоматизированной сборки открывает путь к быстрой и воспроизводимой «серийной» подготовке насекомо-компьютерных гибридов для задач в труднодоступных и неструктурированных средах. В перспективе к рюкзаку можно добавлять лёгкие камеры, микрофоны и ИНС, а также наращивать энергопитание за счёт свободного грузового резерва. Исследование проведено с использованием взрослых самцов мадагаскарского шипящего таракана, с анестезией CO₂ и разрешением регулятора, рюкзаки снимались после завершения опытов.
Исследователи Для просмотра ссылки Войди
Чтобы уйти от ручной «микрохирургии», которая требует опыта и занимает около 15 минут на особь, разработана автоматическая линия сборки. В неё входят роботизированный манипулятор UR3e с хватателем Robotiq, камера глубины Intel RealSense и фиксатор насекомого на салазках. Компьютерное зрение на основе модели TransUNet определяет на изображении границы переднеспинки и опорную точку для имплантации. Роботу задают оптимальный угол ввода, после чего он внедряет электроды и защёлкивает рюкзак на надкрыльях. Полный цикл — от фиксации до выпуска насекомого — занимает 68 секунд.
Сами электроды напечатаны методом DLP-3D-печати из АБС-подобной фотополимерной смолы и покрыты медью с помощью химического осаждения. Такая конструкция даёт низкое сопротивление (менее 70 Ом), достаточную жёсткость и самофиксацию в мембране, что повышает надёжность контакта и снижает требуемое напряжение.
Гибриды, собранные автоматически, показали управляемость на уровне вручную собранных образцов. Электростимуляция обеспечивала повороты более чем на 70° с максимальной угловой скоростью до ~240–275°/с и замедление хода примерно на 68 %. В отдельном эксперименте насекомое корректно прошло S-образную траекторию по командам оператора, что подтвердило точность направляющего воздействия.
Система сборки масштабируется и даёт высокую повторяемость. Наиболее высокая доля успешных имплантаций и фиксаций пришлась на особей длиной 5,0–6,0 см (80,0–86,7 %). Для более крупных тараканов проблему «незацепления» решило увеличение габаритов крепёжных крючков, после чего успех достиг 80 % и в группе 6,0–7,0 см. Включая вспомогательные операции, подготовка четырёх гибридов заняла 7 минут 48 секунд.
Практичность подхода показала и проверка «роя». Четыре гибридных робота, управляемые простыми периодическими стимулами и отслеживаемые по UWB-меткам, за 10 минут 31 секунду обследовали 80,25 % участка местности 2×2 м с препятствиями. Одинокие особи в тех же условиях перекрывали лишь 14,00–45,75 %, что подчёркивает преимущество многоплатформенного развертывания.
Авторы считают, что сочетание удачно выбранной зоны стимуляции и автоматизированной сборки открывает путь к быстрой и воспроизводимой «серийной» подготовке насекомо-компьютерных гибридов для задач в труднодоступных и неструктурированных средах. В перспективе к рюкзаку можно добавлять лёгкие камеры, микрофоны и ИНС, а также наращивать энергопитание за счёт свободного грузового резерва. Исследование проведено с использованием взрослых самцов мадагаскарского шипящего таракана, с анестезией CO₂ и разрешением регулятора, рюкзаки снимались после завершения опытов.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
