Новая технология сделает сильнее отряды киборгов
Учёные улучшили алгоритм роевой навигации для насекомых-киборгов. Теперь отрядам шестилапых «коммандос» меньше грозит опасность застрять в марш-броске по пересечённой местности.
Насекомые-киборги — это реальные живые существа, но оснащённые крошечными электронными устройствами. В подобиях «рюкзачков» на спинках они несут различные датчики, в том числе оптические и инфракрасные камеры, а также аккумулятор и антенну для связи. Притороченные сверху устройства позволяют дистанционно руководить движениями для выполнения конкретных задач.
Управление одним таким киборгом впервые показал миру профессор Хиротака Сато из Школы машиностроения и аэрокосмической инженерии Национального университета Сингапура в 2008 году. Но единственного насекомого недостаточно для тех же поисково-спасательных операций, когда выжившие после, например, землетрясения рассредоточены то там, то сям, и у спасателей по регламенту — не более 72 часов на поиски.
В 2021 и 2024 годах профессор Сато и его партнёры из Агентства науки и технологий Сингапура (HTX) и компании Klass Engineering and Solutions продемонстрировали, как в будущем можно будет использовать насекомых-киборгов для подобных задач.
В очередной статье о новой системе «Рой» они описали схему действий «лидер и последователи», где одно насекомое-киборг выступает в роли вожака группы, направляя 19 собратьев.
Соавторы статьи, профессор Масаки Огура из Университета Хиросимы и профессор Вакамия Наоки из Университета Осаки, написали алгоритм управления роем и другие необходимые компьютерные программы. А профессор Сато его команда в Сингапуре подготовили непосредственно группу киборгов, внедрили алгоритм в электронные «рюкзаки» насекомых и провели физические эксперименты.
При предыдущих исследованиях удавалось управлять одним киборгом или группой ему подобных с помощью подробных и сложных инструкций-алгоритмов, рассчитанных на отдельных насекомых. Но такой подход не давал возможности координировать движения более крупного отряда.
При новом подходе алгоритм сначала назначает лидера, затем задаёт ему пункт назначения. При этом электронный «рюкзак» координирует действия с «рюкзаками» других насекомых в группе, чтобы управлять всей численностью.
Такой подход с лидерством способствует отряду на местности, поскольку насекомые помогают друг другу преодолевать затруднения, если один из них застопорится.
В ходе экспериментов в лаборатории учёные отметили несколько преимуществ нового алгоритма для перемещений. В ходе опытов система управления сократила необходимость подгонять насекомых примерно на 50% по сравнению с более ранними версиями. Благодаря тому, что свобода движений насекомых была ограничена не очень строго, снижался риск того, что киборги упрутся в препятствия. К тому же другие участники группы могли выручить застрявших или тех, кто перевернулся.
Для опытов выбрали мадагаскарских шипящих тараканов, оснастив их лёгкой печатной платой, датчиками и перезаряжаемым аккумулятором. Автономная навигационная система помогала подопытным ориентироваться в окружающей среде и направляла их к цели.
Роевая навигация: как несколько насекомых-киборгов будут следовать за своим лидером
«Рюкзаки» вели тараканов слабыми электрическими импульсами в определённую сторону. При этом киборги нового образца потребляли значительно меньше энергии, чем роботы, которым для передвижения необходимы мощные двигатели. В общем, на сегодняшний день любое живое насекомое в разы сильнее и выносливее любого аналогичного по масштабам робота.
В сочетании с алгоритмом управления природные инстинкты насекомых позволяли им ориентироваться на пересечённой местности и быстро реагировать на изменения в окружающей среде.
Профессор Сато сказал, что представленная технология может быть полезна не только при поисково-спасательных операциях. Ведомые тараканы способны обследовать инфраструктуру и вести мониторинг там, где теснота и непредсказуемые условия делают обычных роботов неэффективными.
Те же учёные проводят аналогичные опыты с крабами
Заглядывая в будущее, коллектив соавторов стремится создать алгоритмы, которые позволят скоординированным группам роботов совместно переносить крупные объекты.
Учёные также планируют провести эксперименты на открытом воздухе, в том числе среди груд обломков. Любое заманчивое изобретение рано или поздно приходится проверять в реальных условиях.
Профессор Сато широко известен своими новаторскими работами в области создания насекомых-киборгов. Его исследование на эту тему признали одним из 50 лучших изобретений 2009 года по версии журнала Time и одной из 10 перспективных технологий 2009 года (TR10) по версии журнала Массачусетского технологического института MIT Technology Review.
Насекомые-киборги — это реальные живые существа, но оснащённые крошечными электронными устройствами. В подобиях «рюкзачков» на спинках они несут различные датчики, в том числе оптические и инфракрасные камеры, а также аккумулятор и антенну для связи. Притороченные сверху устройства позволяют дистанционно руководить движениями для выполнения конкретных задач.
Управление одним таким киборгом впервые показал миру профессор Хиротака Сато из Школы машиностроения и аэрокосмической инженерии Национального университета Сингапура в 2008 году. Но единственного насекомого недостаточно для тех же поисково-спасательных операций, когда выжившие после, например, землетрясения рассредоточены то там, то сям, и у спасателей по регламенту — не более 72 часов на поиски.
В 2021 и 2024 годах профессор Сато и его партнёры из Агентства науки и технологий Сингапура (HTX) и компании Klass Engineering and Solutions продемонстрировали, как в будущем можно будет использовать насекомых-киборгов для подобных задач.
В очередной статье о новой системе «Рой» они описали схему действий «лидер и последователи», где одно насекомое-киборг выступает в роли вожака группы, направляя 19 собратьев.
Соавторы статьи, профессор Масаки Огура из Университета Хиросимы и профессор Вакамия Наоки из Университета Осаки, написали алгоритм управления роем и другие необходимые компьютерные программы. А профессор Сато его команда в Сингапуре подготовили непосредственно группу киборгов, внедрили алгоритм в электронные «рюкзаки» насекомых и провели физические эксперименты.
При предыдущих исследованиях удавалось управлять одним киборгом или группой ему подобных с помощью подробных и сложных инструкций-алгоритмов, рассчитанных на отдельных насекомых. Но такой подход не давал возможности координировать движения более крупного отряда.
При новом подходе алгоритм сначала назначает лидера, затем задаёт ему пункт назначения. При этом электронный «рюкзак» координирует действия с «рюкзаками» других насекомых в группе, чтобы управлять всей численностью.
Такой подход с лидерством способствует отряду на местности, поскольку насекомые помогают друг другу преодолевать затруднения, если один из них застопорится.
В ходе экспериментов в лаборатории учёные отметили несколько преимуществ нового алгоритма для перемещений. В ходе опытов система управления сократила необходимость подгонять насекомых примерно на 50% по сравнению с более ранними версиями. Благодаря тому, что свобода движений насекомых была ограничена не очень строго, снижался риск того, что киборги упрутся в препятствия. К тому же другие участники группы могли выручить застрявших или тех, кто перевернулся.
Для опытов выбрали мадагаскарских шипящих тараканов, оснастив их лёгкой печатной платой, датчиками и перезаряжаемым аккумулятором. Автономная навигационная система помогала подопытным ориентироваться в окружающей среде и направляла их к цели.
Роевая навигация: как несколько насекомых-киборгов будут следовать за своим лидером«Рюкзаки» вели тараканов слабыми электрическими импульсами в определённую сторону. При этом киборги нового образца потребляли значительно меньше энергии, чем роботы, которым для передвижения необходимы мощные двигатели. В общем, на сегодняшний день любое живое насекомое в разы сильнее и выносливее любого аналогичного по масштабам робота.
В сочетании с алгоритмом управления природные инстинкты насекомых позволяли им ориентироваться на пересечённой местности и быстро реагировать на изменения в окружающей среде.
Профессор Сато сказал, что представленная технология может быть полезна не только при поисково-спасательных операциях. Ведомые тараканы способны обследовать инфраструктуру и вести мониторинг там, где теснота и непредсказуемые условия делают обычных роботов неэффективными.
Те же учёные проводят аналогичные опыты с крабамиЗаглядывая в будущее, коллектив соавторов стремится создать алгоритмы, которые позволят скоординированным группам роботов совместно переносить крупные объекты.
Учёные также планируют провести эксперименты на открытом воздухе, в том числе среди груд обломков. Любое заманчивое изобретение рано или поздно приходится проверять в реальных условиях.
Профессор Сато широко известен своими новаторскими работами в области создания насекомых-киборгов. Его исследование на эту тему признали одним из 50 лучших изобретений 2009 года по версии журнала Time и одной из 10 перспективных технологий 2009 года (TR10) по версии журнала Массачусетского технологического института MIT Technology Review.
- Дмитрий Ладыгин
- nature.com; youtu.be/th1bLBuLdc4
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Куда делась атомная бомба Гитлера? Физики увидели то, что упустили историки
Ученые подчеркивают: многие из громких мифов 1940-е годов, скорее всего, не выдержат проверки реальными фактами...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Самая известная мумия Южной Америки снова «заговорила»: последние ее месяцы были очень мрачными
Археологи говорят: именно на этой жестокой практике держалась вся империя инков...
В морском льду Антарктиды протаяла дыра площадью с Португалию. Теперь ученые знают, почему
Эксперты говорят: сбой ледового ритма опасен для Мирового океана и планеты в целом...
Что будет с Азовским морем? Российские ученые просчитали четыре варианта развития событий
Исследователи объяснили, почему при любом раскладе море не будет прежним. Но каким тогда?...
За 320 миллионов лет Земля как минимум 4 раза опрокидывалась набок
Поразительное, но такое заваливание идет прямо сейчас. И геологи рассказали, как и почему это происходит...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Он помогал нести крест Христу: надпись на саркофаге проливает свет на библейского персонажа
2000-летний гроб был найден еще 1941 году, но ученые до сих пор не пришли к какому-то общему мнению. Почему?...
40 000-летний подводный город нашли в Турции: почему официальная наука против такой даты?
Интересно, что древний объект находится недалеко от горы Арарат, где прямо сейчас ищут легендарный Ноев ковчег...
Раскрыта 217-летняя тайна: искусственный интеллект взломал зашифрованное письмо Наполеона
Нейросети последних лет — это реальный прорыв: только за несколько недель было вскрыто более 30 безнадежных шифров...
Что случится с Сибирью к 2080 году: прогноз красноярских ученых и эксперта NASA
Арбузы вместо мерзлоты, большая ложка дегтя и открытый финал — в одном из самых обстоятельных исследований о будущем России...
Кита лечили тем, от чего обычно умирают: этот эксперимент изменил медицину
Одиннадцатилетняя белуха угасала от неизлечимой болезни, и тогда ученые пошли на рискованные опыты...
Искусственная гравитация: ученые рассказали, появится ли вообще главная фишка из фантастических фильмов в космосе
Космические инженеры знают три способа обмануть невесомость. Но пока рабочий из них только один, да и то есть нюансы...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...