Výzkumný tým vyvinul kyborgy-šváby, kteří se díky systému elektronických podnětů a pokročilých senzorů dokážou samostatně pohybovat ve složitém terénu.
Když přemýšlíme o průzkumu obtížného terénu, běžně si představíme robotická vozidla navržená speciálně pro takové prostředí. Příroda však miliony let zdokonalovala organismy schopné překonávat tyto výzvy, například šváby, hmyz, který dokáže procházet úzkými prostory, šplhat po svislých plochách a přežít v extrémních podmínkách. Kombinací těchto přírodních schopností s moderní technologií vznikli „kyborgové-švábi“, biologicko-mechaničtí hybridi se slibným využitím v průzkumu a záchraně.
Nedávná studie publikovaná v časopise Soft Robotics podrobně popisuje vývoj nové generace kyborgského hmyzu vybaveného autonomním navigačním systémem založeným na přirozeném chování (BBN). Tito hybridi používají „chirurgicky implantované elektrody“ na tykadlech a cerci (zadní smyslové přívěsky), které jsou připojeny k malým elektronickým „batohům“ obsahujícím stimulační obvody a senzory pro detekci překážek.
Autonomní navigace s minimálním zásahem člověka
Vyvinutý systém implementuje tři základní způsoby chování, které těmto biobotům umožňují pohybovat se s pozoruhodnou efektivitou. Senzory pro měření času letu (Time-of-Flight, ToF) detekují překážky a měří vzdálenost, zatímco elektrody stimulují tykadla hmyzu, aby jej nasměrovaly ke konkrétním cílům nebo se od překážek vzdálily. Na rozdíl od předchozích studií tento systém využívá přirozeného chování švábů při pohybu vpřed, čímž snižuje potřebu neustálé stimulace.
Tato technologie představuje významný pokrok oproti předchozím pokusům o vývoj kyborgů-švábů, které vyžadovaly neustálé manuální ovládání. Výsledky experimentů jsou slibné: kyborgové-švábi dosáhli 73,3% úspěšnosti při autonomní navigaci v obtížném terénu s nerovnými překážkami a ostrými zatáčkami, což je pro běžné roboty značná výzva.
Cyborg cockroach with camera ‘backpack’ can be steered remotely https://t.co/oXMld7qcc3 pic.twitter.com/56vQlCR2kl
— New Scientist (@newscientist) June 8, 2021
Mezi výhody těchto hybridních systémů patří nízká spotřeba energie, protože použité senzory ToF jsou účinnější než kamery používané v předchozích studiích. Kromě toho přirozený biologický pohyb švábů umožňuje překonávat terén, kde by tradiční robotická vozidla selhala, což je vlastnost, kterou sdílejí s dalšími nedávnými objevy, jako jsou roje mikrorobotů inspirovaných mravenci.
Systém má však ještě některé problémy. Zvyk na elektrické podněty způsobuje, že hmyz časem reaguje stále méně a méně, a degradace rozhraní elektroda-tkáň ovlivňuje dlouhodobou výkonnost. V některých experimentech se švábi dokonce „převrátili, aniž by se dokázali vzpamatovat“, což je problém, který výzkumníci doufají vyřešit v budoucích iteracích systému.
Takové hybridní biologicko-mechanické technologie inspirovaly řadu vědeckofantastických děl, například nedávný seriál uvedený Netflixem, který zkoumá etické a praktické důsledky kombinace živých organismů s mechanickými součástkami. Na rozdíl od těchto fikcí není skutečným cílem výzkumníků vytvořit superhmyz, ale využít přirozené schopnosti, které evoluce zdokonalovala po miliony let.
Zatímco výzkum kyborgů-švábů postupuje, mnozí z nás se ve svých domovech stále potýkají s jejich nemodifikovanými příbuznými. Ironie je zřejmá: zatímco se jich doma snažíme zbavit, vědci pracují na „vytvoření vylepšených verzí, které by jednoho dne mohly zachraňovat životy“ v nouzových situacích, při průzkumu těžko přístupných oblastí po přírodních katastrofách nebo při záchranných misích.
Etické důsledky a budoucí využití
Vývoj kyborgů-švábů vyvolává důležité etické otázky. Manipulace živých organismů do podoby nástrojů vyvolává otázky týkající se dobrých životních podmínek zvířat a hranic lidských zásahů do přírody. Výzkumníci musí tyto otázky pečlivě zvážit, když budou pokračovat ve svých studiích. Kromě toho možnost využití těchto technologií v situacích dohledu nebo sociální kontroly rovněž vyvolává obavy ohledně soukromí a zneužití technologie.
Pokud jde o budoucí aplikace, kyborgové-švábi by mohli hrát klíčovou roli při pátracích a záchranných misích. Díky své schopnosti pohybovat se v omezených prostorách a odolnosti vůči nepříznivým podmínkám by se mohli dostat do oblastí nepřístupných lidským záchranným týmům. Mohli by se také uplatnit při průzkumu nebezpečných prostředí, jako jsou oblasti postižené jadernými nebo chemickými haváriemi, kde je riziko pro člověka příliš vysoké.
Kromě toho by tyto technologie mohly inspirovat nové přístupy ke konstrukci robotů. Studiem toho, jak se švábi a další hmyz pohybují a přizpůsobují svému prostředí, mohou inženýři vyvinout efektivnější a všestrannější roboty. V konečném důsledku by spojení biologie a technologie mohlo otevřít nové hranice v robotice a průzkumu a zpochybnit naše vnímání toho, co je možné.