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.



«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.



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.