Картина не для впечатлительных: человек зажат под обломками после землетрясения, и к нему по щели пробирается таракан, обвешанный электроникой, с подпружиненной иглой на спине. Именно так выглядит прототип, который в Австралии назвали Paraborg — «киборг-парамедик». Задача у него вполне гуманная: доставлять первую помощь тем, до кого спасатели физически не могут добраться в первые часы после катастрофы.
Австралийских гигантских роющих тараканов превращают в киборгов Paraborg: ими можно управлять дистанционно, доставляя спасательное и медицинское оборудование в зону бедствия. Университет Квинсленда
Обход самых трудных задач робототехники
Учёные десятилетиями пытаются создавать насекомых-киборгов, видя в них «обходной путь вокруг самых сложных проблем робототехники». Так объясняет мотивацию Т. Тханг Во-Доан, руководитель лаборатории биоробототехники Университета Квинсленда в Брисбене, где и подготовили работу о Paraborg.
Построить робота размером с насекомое, который надёжно перемещается по завалам, взбирается по неровным поверхностям, встаёт после падений, несёт собственный источник энергии и при этом сохраняет место под полезные датчики, по словам исследователя, чрезвычайно трудно. У живого насекомого вся эта подвижность уже есть «в базовой комплектации». Поэтому вместо копирования каждого элемента тела с нуля инженеры прививают насекомому электронный интерфейс и используют готовые биологические возможности.
Ранее подобным образом уже управляли жуками и мотыльками, но прежние работы сводились в основном к навигации: насекомое выступало пассивной сенсорной платформой, то есть «ходячей камерой». Вопрос, заданный Во-Доаном и его коллегой Тханом Нё До ещё в 2023 году перед конференцией ICRA, звучал иначе: что должно происходить после того, как насекомое нашло пострадавшего? Может ли оно не только обнаружить человека, но и оказать какую-то помощь, пока спасатели пробиваются к нему?
Почему выбрали гигантских тараканов
Для ответа исследователи взяли гигантского роющего таракана (Macropanesthia rhinoceros) — эндемика Австралии. Требовалось насекомое, способное нести груз массой более половины собственного веса, а при массе около 40 граммов этот вид считается самым тяжёлым тараканом в мире. Дополнительный плюс крупного носителя — на нём проще выполнять операцию по имплантации интерфейса.
На тараканов навесили лёгкую электронику с электродами, вживлёнными в антенны и в церки — небольшие хвостовые придатки. Беспроводная активация электродов с обычного игрового геймпада позволяет поворачивать насекомое влево или вправо, подгонять его вперёд и останавливать. Управление, по сути, сводится к подсказкам направления, а не к полному пилотированию.
Полезная нагрузка бывает двух типов:
- беспроводная камера — для разведки и оценки состояния пострадавшего;
- дистанционный инъектор — пружина выстреливает шприцем с препаратом в близко расположенную цель, после чего химическая реакция внутри шприца выделяет углекислый газ, и созданное им давление вводит содержимое.
Paraborg рассчитаны на работу в группе: одни несут камеры, другие — инъекторы с потенциально жизненно важными препаратами. Университет Квинсленда
Совмещать камеру и инъектор на одном насекомом разработчики сознательно не стали: суммарные вес и габариты ухудшили бы проходимость в сложном рельефе, а возросшее энергопотребление сократило бы время работы. Вместо этого предполагается роевой сценарий, где специализированные особи дополняют друг друга — одни ищут, другие вводят препарат.
Что показали испытания
В экспериментах Paraborg проводили по дистанции длиной 2,5 метра через три контрольные точки, после чего насекомое выстреливало иглой в силиконовую мишень размером 8 на 10 сантиметров. Из 25 попыток тараканы прошли маршрут во всех без исключения случаях, а попадание в цель было достигнуто в 72 % запусков.
Цифры показательны в обе стороны. Стопроцентная проходимость подтверждает главный тезис проекта: живое насекомое справляется с рельефом лучше любого микроробота. При этом каждая четвёртая инъекция не удалась — и это на ровной лабораторной дистанции, без пыли, вибраций и подвижной цели.
Несмотря на дистанционное управление, тараканы остаются живыми и используют собственные навыки для передвижения по сложному рельефу. Университет Квинсленда
Отдельно исследователи обдумывают психологический эффект. Для человека, уже пострадавшего и зажатого под завалом, приближающееся насекомое-киборг — зрелище как минимум неожиданное. Чтобы обозначить принадлежность к спасательной операции, предлагаются мигающие огни, узнаваемая экстренная маркировка или крошечный динамик с короткой фразой вроде «помощь уже идёт». Комфорт пострадавшего, подчёркивают авторы, здесь не менее важен, чем техническая работоспособность.
Что мешает применению на практике
Список нерешённых задач у команды длинный. Нужно компенсировать движения пострадавшего, обеспечить устойчивую радиосвязь внутри обрушившихся конструкций и научиться проводить киборгов через завалы, щели и пыль. Чем больше насекомых работает одновременно, тем важнее становится автономность: оператор физически не может вести каждое вручную.
Есть и принципиальное ограничение, связанное с самой природой платформы. Насекомое остаётся живым существом со своей волей: электрическая стимуляция лишь влияет на направление, тогда как основную часть локомоции таракан генерирует и контролирует сам. Отсюда требование к бортовым системам — точно определять положение киборга и отслеживать его действия, чтобы вовремя замечать, что особь сбилась с курса или перестала реагировать на команды.
Наконец, до медицинского применения дистанция огромная. Реальные завалы — это нестабильные обломки, узкие проходы и проблемы со связью, и поведение связки «насекомое — электроника — инъектор» в таких условиях ещё предстоит изучить. Открытыми остаются вопросы выбора препарата и дозировки, стерильности, безопасности иглы, надёжности и регуляторного допуска — то есть весь стандартный путь любого медицинского изделия.
Побочная ценность работы — в том, что она подсказывает решения для «полностью искусственных» машин: изучая, как насекомое обходит препятствия и восстанавливается после падения, инженеры получают ориентиры для будущих микророботов. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.
