Малые роботы и беспилотники все чаще применяются для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, проникая в места, недоступные для людей, например, в завалы разрушенных зданий. Однако новые исследования показывают, что в качестве спасателей нового поколения могут выступить насекомые, оснащенные электродами, которые способны преодолевать еще более узкие проходы. Команда ученых из Квинслендского университета (UQ) и Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) разработала проект Paraborg, предназначенный не только для поиска пострадавших, но и для оказания им первой медицинской помощи.
Особенности конструкции и возможности киборгов
Для создания киборгов исследователи выбрали гигантского роющего таракана, обитающего в северном Квинсленде. Как отмечается в статье, опубликованной в журнале Advanced Science, эти насекомые достигают 87 миллиметров в длину и весят до 40 граммов. Их внушительные размеры позволяют переносить полезную нагрузку массой до 1,5 раз больше веса собственного тела. Исследователи разработали две модификации Paraborg: одна оснащена камерой для фиксации состояния жертв, другая — механизмом для автоматического введения лекарственных препаратов.
При установке инъекционного модуля высота таракана увеличивается примерно на 15 миллиметров, а вес — на 17 граммов. Эксперименты показали, что такая нагрузка не оказывает существенного влияния на подвижность насекомых. В процессе модификации тараканов анестезируют для фиксации электродов и микрочипов, при этом после снятия оборудования насекомые возвращаются к нормальному образу жизни.
Управление движением и система доставки лекарств
Дистанционное управление осуществляется путем подачи электрических импульсов на электроды, встроенные в усики и церки — чувствительные органы в задней части брюшка. Воздействие на усики позволяет корректировать направление движения, а стимуляция обоих церков регулирует скорость перемещения. Ученые подбирали частоту сигналов в диапазоне от 10 до 40 герц, так как импульсы выше 50 герц со временем теряли эффективность.
Механизм инъекции представляет собой компактное устройство с пружинной системой. При активации разрушается перегородка между двумя камерами: одна содержит лимонную кислоту, другая — пищевую соду. В результате химической реакции выделяется углекислый газ, который толкает поршень шприца, выполняя укол. В ходе испытаний тараканы успешно проходили контрольные точки, а точность инъекций на расстоянии до 150 миллиметров от цели составила около 95 процентов. Общий успех выполнения миссии, включая путь до цели, зафиксирован на уровне 72 процентов.
Перспективы внедрения в спасательные службы
Исследователи также продемонстрировали возможность командной работы, где один киборг-таракан выступает в роли разведчика, передавая видеоизображение, а второй выполняет функцию доставщика медикаментов. Хотя ранее команда работала с киборгами-жуками, способными лазить по вертикальным стенам, крупные тараканы оказались более эффективными носителями для специализированного медицинского оборудования.
Тан Во Доан, исследователь в области биоробототехники из UQ, подчеркивает, что текущие результаты являются лишь первым этапом. Эксперименты пока не учитывают сложные условия реальных катастроф, такие как нестабильный ландшафт, обломки и неравномерная поверхность. Если удастся привлечь ресурсы для ускорения полевых испытаний, полноценные спасательные отряды из насекомых-киборгов могут быть внедрены в работу экстренных служб в течение 5–10 лет. Основное преимущество такого подхода заключается в комбинировании природных способностей разных видов насекомых под конкретные задачи.
Технологические особенности и этап «пост-киборга»
Тан Во Доан отмечает, что концепция использования насекомых-киборгов для миссий «поиск и исследование» активно разрабатывается в научной среде на протяжении последних двух десятилетий. Проект Paraborg стал попыткой сделать следующий логический шаг, перейдя от простого обнаружения к активному участию в спасательных операциях. Важной особенностью исследования стала методика управления: стимуляция каждого усика происходит независимо, что обеспечивает высокую маневренность при навигации в узких пространствах.
Химический привод инъекционного модуля
Механизм активации шприца, используемый в Paraborg, примечателен своей автономностью. Реакция между лимонной кислотой и пищевой содой выбрана из-за эффективности и простоты процесса: высвобождаемый углекислый газ создает достаточное давление на поршень без необходимости использования тяжелых электрических приводов или сложных насосных систем. Это критически важно для сохранения мобильности насекомого, так как позволяет минимизировать вес дополнительного оборудования, сохраняя при этом функциональность спасательного инструмента.
Масштабируемость и стратегия «роя»
Хотя в текущих лабораторных тестах исследователи успешно продемонстрировали координацию между двумя специализированными особями — один «разведчик» с камерой и один «медик» с инъектором — потенциал системы заключается в возможности интеграции различных типов киборгов. Исследователи подчеркивают, что вместо создания одного универсального робота, который должен выполнять все функции сразу, стратегия развития должна опираться на синергию: использование природных способностей разных видов насекомых, адаптированных под специфические узкоспециализированные задачи в зоне бедствия.
