web analytics
 
 
17.04.2017 Превента България

Учени превръщат водни кончета в мини киборг-дронове

Учени превръщат водни кончета в мини киборг дронове

Учени превръщат водни кончета в мини киборг дронове“Системата DragonflEye предлага нова миниатюрна технология за оборудване на широка гама от насекоми със сензори за околната среда и потенциално насочва важно поведение като опрашване”
– Джеси Дж. Уилър, Дрейпър

 

Трудно е, колкото и да се опитваме, и ще отнеме много дълго време, преди да успеем да изградим роботизирано насекомо, което да бъде толкова способно, колкото и реално. Засега разчитаме на кибернетика, за да получим насекоми, които да са близки до целта. През последните няколко години изследователите успяха да управляват големи насекоми с електрически имплантанти, нещо като метод на груба сила с ограничена полезност в реалния свят.

 

Сега инженерите от компанията R & D Draper, базирана в Кеймбридж, Масачузетс, се надяват да преодолеят тези ограничения, като създадат кибернетично водно конче, което да съчетава “миниатюризираната навигация, синтетичната биология и невротехнологията.” За да насочат водните кончета, инженерите на “Дрейпър” намериха начин да модифицират генетично нервната система на насекомите, така че те да могат да реагират на импулси от светлина. Щом се стигне до работа, този подход, известен като оптогенетично стимулиране, би могъл да позволи на водни кончета да носят полезни товари или да извършват наблюдение или дори да помогнат на пчелите да станат по-добри опрашители.

 

Проектът „Водно конче” се разработва в сътрудничество между Draper и Медицинския институт Хауърд Хюз (HHMI) в Janelia Farm. Има няколко уникални технологии, които са приложени тук: Групата е в състояние да опакова цялата електроника в малка “раница”, което означава, че малки насекоми (като пчели и водни кончета, за разлика от големи бръмбари) могат да летят, докато я носят. Някои методи за намаляването на размера идват от използването на слънчеви панели за събиране на енергия, което намалява необходимостта от батерии. Също така има интегрирани системи за насочване и навигация, така че е възможно напълно независимо да се навигират извън контролирана среда.

 

Друг основен напредък е, че вместо да се използват електроди, които да принуждават мускулите на едно насекомо да правят каквото искате, инженерите на Дрейпър поемат по-деликатен подход, като използват ортопеди, за да активират специален тип “управление” на невроните със светлинни импулси. Тези управляващи неврони действат като мост между сензорите на водните кончета и мускулите им, което означава, че достъпа до тях осигурява много по-надеждна форма на контрол върху движението на насекомото.

 

При предишните опити за насочване на полета с насекоми са били използвани по-големи насекоми като бръмбари и скакалци, така че да могат да повдигат сравнително големи електронни системи, които тежат до 1,3 грама. Тези системи не включваха навигационни системи и изискваха безжични команди за водене на полет. Бяха предприети два подхода: Да се избягват сензорните входове, които да предизвикат поведението на полета и директно да стимулират невроните и мускулите, които контролират крилата. Предизвикателството с измамните сензорни входове е, че организмите често се приспособяват и се научават да игнорират сензорната информация, която не съответства на другите сетива. Предизвикателството с прякото контролиране на крилата е, че разгражда присъщия елементарен невромускулен контрол на насекомите, необходим за поддържане на стабилен полет. Тези системи също използват електрическа стимулация, която е неточна и безразборно активира всички неврони или мускули близо до електродите.

 

учени превръщат водно конче в мини киборг дронПри проектът „Водно конче” подходът е различен, защото се използват водни кончета, които са по-малки и по-гъвкави. Раницата DragonflEye е проектирана да се движи автономно без безжично управление, събира енергия от околната среда за продължителна работа и е част от теглото на по-малките насекоми. Изследванията на Антъни Леонардо, ръководител на групата Janelia Research Campus, проучва специалните “управляващи” неврони в посоката на контролния полет на водни кончета. Тези специални управляващи неврони са тип interneuron, които не са нито сензорни, нито моторни. Счита се, че тези интерниурони осигуряват команди за управление на нервно-мускулните вериги надолу по веригата, които координират контрола на мускулите на крилата и поддържат стабилен полет. Тези кормилни неврони ще бъдат активирани точно без неволно активиране на близките неврони и мускули чрез опогенна стимулация. Този подход ще позволи да се активират индивидуални неврони със светлина, което не може да се направи с електричество.

 

Подобно на електрод, който създава електрически интерфейс с неврони, оптиката създава оптичен интерфейс, който позволява светлината да бъде доставена на неврони за стимулиране или да бъде уловена от неврони, излъчващи светлина, за наблюдение на активността. Докато невроните в ретината са естествено активирани от светлината, което ви позволява да виждате, невроните в останалата част на тялото не са естествено чувствителни към светлина. Чрез вмъкване на генетичен материал, който кодира специални, чувствителни към светлина белтъци, наречени opsins, невроните могат да бъдат модифицирани, за да бъдат активирани или дори да бъдат инхибирани от различни цветове на светлината.

В допълнение, генетичен материал може да се вмъкне, което ще накара невроните да излъчват светлина, когато са активни. Тези нови оптогенетични инструменти позволяват на оптродните сензори да наблюдават и стимулират невроните с далеч по-голяма специфичност, отколкото могат да бъдат постигнати чрез електродите. Причината за тази подобрена специфичност е, че електрическите полета взаимодействат с всички неврони в близост до електрода, но светлината ще взаимодейства само с неврони, които са били генетично модифицирани. Освен това, докато електрическите полета са добри при активирането на невроните, е по-трудно да се възпрепятстват тях. За разлика от това, различни видове опсини, които са протеин, който е част от визуалния пигмент родопсин и се освобождава от действието на светлината, могат да бъдат използвани както за активиране, така и за инхибиране на невроните, просто чрез промяна на цвета на светлината, преминаваща през оптрода.

 

Водните кончета са интересни, защото се намират в световен мащаб и са много здрави и гъвкави за своите малки размери. Бъдещата работа може да разшири насоките и към други насекоми, включително важни опрашители.

 

 

,

Comments are closed.

Google рейтинг
4.8
На база на 409 отзива
js_loader
Call Now Button