Onderzoekers verbinden sprinkhaanoor met robot

In een verbazingwekkende ontwikkeling op het gebied van robotica hebben onderzoekers van de Tel Aviv University met succes het oor van een dode sprinkhaan verbonden met een robot. De robot kon de elektrische signalen van het oor ontvangen en reageren, en de onderzoekers demonstreerden dat als ze één keer klappen, het oor van de sprinkhaan het geluid hoort, waardoor de robot naar voren beweegt. Als de onderzoekers twee keer klappen, beweegt de robot naar achteren.

Het project werd geleid door Idan Fishel, een gezamenlijke masterstudent onder supervisie van Dr. Ben M. Maoz van de Iby en Aladar Fleischman Faculty of Engineering en de School of Neuroscience. Andere namen die betrokken waren bij het werk zijn Professors Yossi Yovel en Amir Ayali van de School of Zoology en de Sagol School of Neuroscience, evenals Dr. Antonny Sheinin, Idan, Yoni Amit en Neta Shavil.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Sensors.

Biologische systemen integreren in technologische systemen

Het team begon eerst met het onderzoeken van de voordelen van biologische systemen en hoe ze geïntegreerd konden worden in technologische systemen. Ze keken ook naar hoe de zintuigen van dode sprinkhanen gebruikt konden worden als sensoren voor robots.

“We kozen het gehoor, omdat het gemakkelijk kan worden vergeleken met bestaande technologieën, in tegenstelling tot het reukvermogen, waar de uitdaging veel groter is,” zegt Dr. Maoz. “Onze taak was om de elektronische microfoon van de robot te vervangen door het oor van een dode sprinkhaan, het vermogen van het oor te gebruiken om de elektrische signalen van de omgeving te detecteren, in dit geval trillingen in de lucht, en met behulp van een speciale chip de insecteninput om te zetten in die van de robot.”

De onderzoekers bouwden eerst een robot die kon reageren op omgevingsignalen, gevolgd door het isoleren en karakteriseren van het oor van een dode sprinkhaan en het in leven houden. In de laatste fase van het onderzoek konden de onderzoekers een manier vinden om de signalen die door het oor van het insect werden ontvangen te gebruiken, zodat ze door de robot konden worden gebruikt. Volgens de onderzoekers kon de robot “horen” en vervolgens reageren.

“Het laboratorium van Prof. Ayali heeft uitgebreide ervaring met sprinkhanen en heeft de vaardigheden ontwikkeld om het oor te isoleren en te karakteriseren,” legt Dr. Maoz uit. “Het laboratorium van Prof. Yovel heeft de robot gebouwd en code ontwikkeld die de robot in staat stelt om te reageren op elektrische auditieve signalen. En mijn laboratorium heeft een speciaal apparaat ontwikkeld – Ear-on-a-Chip – dat het oor in leven houdt tijdens het experiment door zuurstof en voedsel te leveren aan het orgaan, terwijl het de elektrische signalen uit het oor van de sprinkhaan kan halen en versterken en doorgeven aan de robot.

Gevoeliger en energie-efficiënter

Op veel manieren zijn biologische systemen veruit superieur aan technologische systemen. Ze zijn niet alleen gevoeliger, maar ook energie-efficiënter.

“In het algemeen hebben biologische systemen een enorm voordeel ten opzichte van technologische systemen – zowel in termen van gevoeligheid als in termen van energieverbruik,” vervolgt Dr. Maoz. “Deze initiatief van de onderzoekers van de Tel Aviv University opent de deur voor sensorintegraties tussen robots en insecten – en kan veel omvangrijkere en duurdere ontwikkelingen op het gebied van robotica overbodig maken.”

“Het moet duidelijk zijn dat biologische systemen een verwaarloosbare hoeveelheid energie verbruiken in vergelijking met elektronische systemen. Ze zijn miniatuur, en dus ook extreem economisch en efficiënt. Om het te vergelijken, verbruikt een laptop ongeveer 100 watt per uur, terwijl de menselijke hersenen ongeveer 20 watt per dag verbruiken,” zegt Dr. Maoz. “De natuur is veel verder ontwikkeld dan wij, dus we moeten het gebruiken. Het principe dat we hebben gedemonstreerd, kan worden gebruikt en toegepast op andere zintuigen, zoals reuk, zicht en aanraking. Bijvoorbeeld, sommige dieren hebben verbazingwekkende vermogens om explosieven of drugs te detecteren; de creatie van een robot met een biologische neus kan ons helpen om menselijk leven te redden en criminelen te identificeren op een manier die vandaag niet mogelijk is. Sommige dieren weten hoe ze ziektes kunnen detecteren. Andere kunnen aardbevingen voelen. De lucht is de limiet.”

Veel vooruitgang op het gebied van robotica kan worden toegeschreven aan inspiratie uit de natuur. Dit is vooral waar als het gaat om insecten, die constant worden gebruikt door onderzoekers die proberen hun efficiëntie na te bootsen in robotische systemen.