Если в следующий раз смелый исследователь окажется в ловушке в затопленной пещере, на помощь ему может прийти вовсе не человек. Не исключено, что спасателем станет управляемый таракан в миниатюрном водолазном костюме.
Такие киборги уже применяются в поисково-спасательных операциях и при обследовании трубопроводов, но до сих пор их использование ограничивалось сушей. Теперь это меняется. Исследователи из Nanyang Technological University в Сингапуре напечатали на 3D-принтере гибкий водолазный костюм, который таракан носит как рюкзак. Встроенный химический генератор кислорода вырабатывает кислород, пока насекомое находится под водой, и подает его по трубкам к дыхальцам, через которые таракан дышит. Во время испытаний таракан-киборг смог передвигаться и дышать под водой до трех часов. Это может сделать таких насекомых заметно более пригодными для длительных поисково-спасательных операций.
В перспективе тот же принцип может пригодиться и в других средах с низким содержанием кислорода, включая космос. Теоретически идея тараканов-космонавтов уже не выглядит совсем уж фантастической.
«Оснастив таракана, который относится к наземным видам, этим водолазным костюмом, мы позволили ему выживать и работать в средах с дефицитом кислорода, — написали исследователи в статье. — Это превращает его в амфибийного робота-киборга, способного действовать как на суше, так и в воде».
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Насекомые-киборги для спасательных операций
Ученые работают с идеей дистанционно управляемых насекомых уже больше десяти лет. Обычно процесс выглядит так: насекомое сначала усыпляют, а затем прикрепляют электроды к его мозгу и органам чувств. После этого команда может нажатием кнопки на пульте отправлять сигналы, направляя насекомое в нужную сторону, даже если в обычной ситуации оно бы остановилось.
Это не просто экзотический научный эксперимент. У технологии есть вполне практическое назначение. За счет использования естественной биологии животного киборг требует гораздо меньше вычислительных ресурсов, чем полноценный робот, которому нужно питать моторы и исполнительные механизмы. К тому же киборгу не приходится нести большую батарею, которая могла бы мешать во время спасательной операции. При этом такой подход не превращает таракана в полностью лишенное воли существо. Наоборот, важно, чтобы он сохранял определенную автономность: это помогает естественно преодолевать препятствия и обходить опасные обломки. Оператор по сути лишь следит, чтобы насекомое не сходило с маршрута.
«Например, в сценарии спасения нам достаточно стимулировать таракана, чтобы он сменил направление, если идет не туда, или продолжил движение, если неожиданно остановился», — объяснял робототехник Osaka University Кейсуке Морисима, который не участвовал в разработке водолазного костюма, описывая эту технологию в 2023 году.
Но по сравнению с роботами у киборгов есть и серьезные ограничения. Самое очевидное — животным нужен кислород. Это резко сокращает число мест, куда они могут добраться. А для спасательных операций, которые часто проходят в затопленных пространствах или зонах с токсичным воздухом, такое ограничение особенно существенно.
«Это важно, потому что реальные зоны бедствия после сильных дождей или наводнений могут быть крайне сложными: пути через завалы, дренажные системы и узкие щели оказываются перекрыты, — заявил руководитель исследования, профессор аэрокосмической инженерии NTU Singapore Хиротака Сато. — Расширив рабочие возможности наших насекомых-киборгов за счет подводного передвижения, мы считаем, что они смогут усилить поисково-спасательные операции».
Первый в мире водолазный костюм для таракана действительно работает
Именно для этого и был создан новый костюм для насекомого. Инженеры хотели разработать легкую систему без большого количества сложных механических деталей, которые могли бы замедлять таракана. В качестве кислородного резервуара они выбрали губку с покрытием из катализатора на основе диоксида марганца. Это химическое соединение постепенно разлагается при контакте с перекисью водорода, в результате чего выделяется кислород.
Выделившийся в резервуаре кислород затем поступает по четырем силиконовым трубкам, которые перед началом работы подключают к дыхальцам таракана. По словам исследователей, насекомое, похоже, спокойно переносит этот массивный рюкзак, хотя проверить это наверняка, разумеется, невозможно.
Корпус рюкзака с кислородным резервуаром выполнен из похожего на пластик материала, напечатанного на 3D-принтере. Его размер — всего 10 на 10 миллиметров, примерно как небольшой кусочек жевательной резинки. Вся система по беспроводной связи подключается к простому контроллеру, с помощью которого оператор задает направление движения таракана. Для испытаний команда собрала серию трубчатых полос препятствий, также напечатанных на 3D-принтере, чтобы смоделировать некоторые подводные сценарии, с которыми может столкнуться такое спасательное насекомое.
Результаты оказались очень убедительными. Киборг успешно прошел все опасные участки, а скорость его передвижения была лишь немного ниже, чем на суше. С новым костюмом время выживания таракана в таких подводных условиях увеличилось с нескольких минут до трех часов.
При этом важно учитывать, что испытания проводились не на большой глубине: таракана погружали в условия, где слой воды составлял всего несколько дюймов — то есть несколько сантиметров. Иными словами, ждать скорого появления тараканов с аквалангом в экспедициях уровня Джеймса Кэмерона пока не стоит.
Разработка показывает, как живые организмы можно адаптировать для работы там, где обычной электронике мешают размеры, питание или сложный рельеф. Для читателя это пример того, как биоинженерия и робототехника находят практическое применение в спасательных операциях, хотя технология пока остается на ранней стадии и проверена лишь в ограниченных условиях.
Читайте так же:
- В Японии в меню появились говорящие роботы-мармеладки
- Samsung Galaxy S26 против S25: Действительно ли обновление больше, чем кажется на первый взгляд?
- Первый в мире натриево-ионный фонарик емкостью 10 000 мАч Выдает 2500 люмен и работает при температуре -40°C
