Forscher verbinden Heuschreckenohr mit Roboter

In einer unglaublichen Entwicklung in der Robotik haben Forscher der Tel Aviv University erfolgreich das Ohr einer toten Heuschrecke mit einem Roboter verbunden. Der Roboter konnte die elektrischen Signale des Ohrs empfangen und darauf reagieren, und die Forscher demonstrierten, dass wenn sie einmal klatschen, das Ohr der Heuschrecke den Klang hört, was dazu führt, dass der Roboter nach vorne bewegt wird. Wenn die Forscher zweimal klatschen, bewegt sich der Roboter nach hinten.

Das Projekt wurde von Idan Fishel, einem gemeinsamen Masterstudenten, der von Dr. Ben M. Maoz der Iby und Aladar Fleischman Faculty of Engineering und der School of Neuroscience betreut wird, geleitet. Andere an der Arbeit beteiligte Namen sind Professoren Yossi Yovel und Amir Ayali von der School of Zoology und der Sagol School of Neuroscience, sowie Dr. Antonny Sheinin, Idan, Yoni Amit und Neta Shavil.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Sensors.

Biologische Systeme in technische Systeme integrieren

Das Team begann zunächst damit, die Vorteile biologischer Systeme zu untersuchen und wie sie in technische Systeme integriert werden können. Sie untersuchten auch, wie tote Heuschreckensinne als Robotersensoren verwendet werden können.

“Wir haben uns für das Gehör entschieden, weil es leicht mit bestehenden Technologien verglichen werden kann, im Gegensatz zum Geruchssinn, bei dem die Herausforderung viel größer ist”, sagt Dr. Maoz. “Unsere Aufgabe war es, das elektronische Mikrofon des Roboters durch das Ohr einer toten Heuschrecke zu ersetzen, die Fähigkeit des Ohrs zu nutzen, um die elektrischen Signale aus der Umgebung zu detektieren, in diesem Fall Schwingungen in der Luft, und mit einem speziellen Chip die Insekten-Eingabe in die des Roboters umzuwandeln.”

Die Forscher bauten zunächst einen Roboter, der auf Umgebungssignale reagieren konnte, gefolgt von der Isolierung und Charakterisierung eines toten Heuschreckenohrs und dessen Erhalt. In der letzten Phase der Forschung gelang es dem Team, eine Möglichkeit zu finden, die Signale, die das Insektenohr empfing, so zu nutzen, dass sie vom Roboter verwendet werden konnten. Laut den Forschern konnte der Roboter die “Geräusche” hören und dann entsprechend reagieren.

“Prof. Ayalis Labor hat umfangreiche Erfahrung mit Heuschrecken und hat die Fähigkeit entwickelt, das Ohr zu isolieren und zu charakterisieren”, erklärt Dr. Maoz. “Prof. Yovels Labor baute den Roboter und entwickelte Code, der es dem Roboter ermöglicht, auf elektrische akustische Signale zu reagieren. Und mein Labor hat ein spezielles Gerät entwickelt – Ear-on-a-Chip – das es ermöglicht, das Ohr während des Experiments am Leben zu halten, indem es Sauerstoff und Nahrung zum Organ liefert, während die elektrischen Signale aus dem Heuschreckenohr entnommen und verstärkt und an den Roboter übertragen werden.

Empfindlicher und energieeffizienter

In vielen Bereichen sind biologische Systeme weit überlegen gegenüber technischen Systemen. Sie sind nicht nur empfindlicher, sondern auch energieeffizienter.

“Im Allgemeinen haben biologische Systeme einen enormen Vorteil gegenüber technischen Systemen – sowohl in Bezug auf Empfindlichkeit als auch in Bezug auf Energieverbrauch”, fährt Dr. Maoz fort. “Diese Initiative der Tel Aviv University Forscher öffnet die Tür zu sensorischen Integrationen zwischen Robotern und Insekten – und könnte viele umständliche und teure Entwicklungen im Bereich der Robotik überflüssig machen.”

“Es sollte verstanden werden, dass biologische Systeme im Vergleich zu elektronischen Systemen vernachlässigbaren Energieverbrauch haben. Sie sind winzig und daher auch extrem wirtschaftlich und effizient. Zum Vergleich verbraucht ein Laptop etwa 100 Watt pro Stunde, während das menschliche Gehirn etwa 20 Watt pro Tag verbraucht”, sagt Dr. Maoz. “Die Natur ist viel weiter fortgeschritten als wir, also sollten wir sie nutzen. Das Prinzip, das wir demonstriert haben, kann auf andere Sinne wie Geruch, Sehen und Fühlen angewendet werden. Zum Beispiel haben einige Tiere erstaunliche Fähigkeiten, Sprengstoff oder Drogen zu detektieren; die Schaffung eines Roboters mit einem biologischen Geruchssinn könnte uns helfen, Menschenleben zu retten und Kriminelle auf eine Weise zu identifizieren, die heute nicht möglich ist. Einige Tiere können Krankheiten detektieren. Andere können Erdbeben spüren. Der Himmel ist die Grenze.”

Viele Fortschritte im Bereich der Robotik können der Inspiration durch die Natur zugeschrieben werden. Dies gilt insbesondere für Insekten, die ständig von Forschern verwendet werden, um ihre Effizienz in robotischen Systemen nachzubilden.