Vědci spojují lokustí ucho s robotem

V rámci úžasného rozvoje robotiky se výzkumníkům z Telavivské univerzity podařilo úspěšně spojit ucho mrtvé lokusty s robotem. Robot byl schopen přijímat elektrické signály z ucha a reagovat na ně, a výzkumníci demonstrovali, že pokud jednou zatleskají, lokustí ucho uslyší zvuk a robot se bude pohybovat dopředu. Pokud výzkumníci zatleskají dvakrát, robot se bude pohybovat dozadu.

Projekt vedl Idan Fishel, společný magisterský student pod dohledem Dr. Bena M. Maoze z Iby a Aladara Fleischmanovy fakulty inženýrství a Školy neurovědy. Mezi dalšími osobami zapojenými do práce patří profesoři Yossi Yovel a Amir Ayali ze Školy zoologie a Sagolovy Školy neurovědy, stejně jako Dr. Antonny Sheinin, Idan, Yoni Amit a Neta Shavil.

Výzkum byl zveřejněn v časopise Sensors.

Integrace biologických systémů do technologických systémů

Tým se nejprve zaměřil na prozkoumání výhod biologických systémů a na to, jak je možné je integrovat do technologických systémů. Dále se podívali na to, jak je možné využít mrtvé lokustí smysly jako robotické senzory.

„Volili jsme smysl slyšení, protože je možné jej snadno porovnat s existujícími technologiemi, na rozdíl od smyslu čichu, kde je výzva mnohem větší,” říká Dr. Maoz. “Naším úkolem bylo nahradit robotův elektronický mikrofon mrtvým hmyzím uchem, využít schopnost ucha detekovat elektrické signály z prostředí, v tomto případě vibrace ve vzduchu, a pomocí speciálního čipu převést hmyzí vstup na robotův vstup.”

Výzkumníci nejprve postavili robota, který mohl reagovat na environmentální signály, následně izolovali a charakterizovali mrtvé lokustí ucho a udržovali je při životě. Ve finální fázi výzkumu se týmu podařilo najít způsob, jak využít signály přijímané hmyzím uchem, aby je mohl robot použít. Podle výzkumníků mohl robot „slyšet“ zvuky a poté reagovat соответствujícím způsobem.

“Prof. Ayaliho laboratoř má rozsáhlé zkušenosti s prací s lokustami a vyvinula dovednosti pro izolaci a charakterizaci ucha,” vysvětluje Dr. Maoz. “Prof. Yovelova laboratoř postavila robota a vyvinula kód, který umožňuje robotovi reagovat na elektrické akustické signály. A moje laboratoř vyvinula speciální zařízení – Ear-on-a-Chip – které umožňuje ucho udržet při životě po celou dobu experimentu dodáváním kyslíku a potravy orgánu, zatímco umožňují elektrické signály být odebrány z lokustího ucha a zesíleny a přeneseny na robota.

Více citlivý a energeticky efektivnější

Biologickými systémy jsou v mnoha ohledech mnohem lepší než technologické systémy. Jsou nejen více citlivé, ale také více energeticky efektivnější.

“Obecně mají biologické systémy obrovskou výhodu oproti technologickým systémům – jak z hlediska citlivosti, tak z hlediska spotřeby energie,” pokračuje Dr. Maoz. „Tato iniciativa výzkumníků z Telavivské univerzity otevírá dveře senzorickým integracím mezi roboty a hmyzem – a může učinit mnoho složitějších a dražších vývojů v oblasti robotiky zbytečnými.”

“Měli bychom pochopit, že biologické systémy spotřebují zanedbatelnou energii ve srovnání s elektronickými systémy. Jsou miniaturizované, a proto také extrémně ekonomické a efektivní. Pro srovnání, notebook spotřebuje asi 100 wattů za hodinu, zatímco lidský mozek spotřebuje asi 20 wattů za den,” říká Dr. Maoz. „Příroda je mnohem pokročilejší než my, takže bychom ji měli využít. Princip, který jsme prokázali, může být použit a aplikován na ostatní smysly, jako je čich, zrak a hmat. Například někteří živočichové mají úžasné schopnosti detekovat výbušniny nebo drogy; vytvoření robota s biologickým nosem by mohlo pomoci zachovat lidský život a identifikovat zločince způsobem, který není možný dnes. Někteří živočichové znají, jak detekovat nemoci. Jiní mohou detekovat zemětřesení. Nebe je hranice.”

Mnoho pokroků v oblasti robotiky lze připsat inspiraci z přírody. To je zejména pravda, pokud jde o hmyz, který je neustále využíván výzkumníky, kteří se snaží reprodukovat jejich efektivitu v robotických systémech.