Naukowcy łączą biologiczne systemy słuchu z robotami

W rewolucyjnym rozwoju robotyki, naukowcy z Uniwersytetu w Tel Awiwie połączyli uszy żywego szarańczaka z robotem. Robot był w stanie odbierać sygnały elektryczne z ucha i reagować, a naukowcy udowodnili, że gdy klaskają raz, ucho szarańczaka słyszy dźwięk, w wyniku czego robot porusza się do przodu. Jeśli naukowcy klaskają dwa razy, robot porusza się do tyłu.

Projekt został poprowadzony przez Idana Fishela, studenta studiów magisterskich pod opieką dra Bena M. Maoza z Wydziału Inżynierii i Szkoły Neurobiologii. Inni naukowcy zaangażowani w tę pracę to profesorowie Yossi Yovel i Amir Ayali ze Szkoły Zoologii i Szkoły Neurobiologii Sagol, a także dr Antonny Sheinin, Idan, Yoni Amit i Neta Shavil.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Sensors.

Integracja biologicznych systemów z systemami technologicznymi

Zespół najpierw rozpoczął badanie zalet biologicznych systemów i sposobów ich integracji z systemami technologicznymi. Zbadali również, w jaki sposób zmysły martwych szarańczaków mogą być wykorzystane jako czujniki robotów.

“Wybraliśmy zmysł słuchu, ponieważ może być łatwo porównany z istniejącymi technologiami, w przeciwieństwie do zmysłu węchu, gdzie wyzwanie jest znacznie większe”, mówi dr Maoz. “Naszym zadaniem było zastąpienie mikrofonu elektronicznego robota uszami martwego owada, wykorzystanie zdolności ucha do wykrywania sygnałów elektrycznych ze środowiska, a następnie, za pomocą specjalnego chipu, przekształcenie sygnałów wejściowych owada w sygnały robota”.

Naukowcy najpierw zbudowali robota, który mógł reagować na sygnały środowiskowe, a następnie izolowali i scharakteryzowali martwe ucho szarańczaka i utrzymywali je przy życiu. W końcowej fazie badań zespół był w stanie znaleźć sposób na wykorzystanie sygnałów odbieranych przez ucho owada, aby mogły być one wykorzystane przez robota. Zgodnie z oświadczeniem naukowców, robot mógł “słyszeć” dźwięki i następnie reagować odpowiednio.

“Laboratorium profesora Ayali ma duże doświadczenie w pracy z szarańczakami i rozwinęło umiejętności izolowania i charakteryzowania ucha”, wyjaśnia dr Maoz. “Laboratorium profesora Yovela zbudowało robota i opracowało kod, który pozwala robotowi reagować na sygnały elektryczne słuchu. A moje laboratorium opracowało specjalne urządzenie – Ear-on-a-Chip – które pozwala na utrzymanie ucha przy życiu podczas eksperymentu, dostarczając tlen i pokarm do organu, a jednocześnie pozwalając na pobieranie sygnałów elektrycznych z ucha szarańczaka i ich wzmocnienie oraz transmisję do robota.

Bardziej wrażliwe i efektywne energetycznie

W wielu przypadkach biologiczne systemy są znacznie lepsze niż systemy technologiczne. Są one nie tylko bardziej wrażliwe, ale także bardziej efektywne energetycznie.

“Ogólnie rzecz biorąc, biologiczne systemy mają ogromną przewagę nad systemami technologicznymi – zarówno pod względem wrażliwości, jak i zużycia energii”, kontynuuje dr Maoz. “Ta inicjatywa naukowców z Uniwersytetu w Tel Awiwie otwiera drzwi do integracji sensorycznej między robotami a owadami i może uczynić wiele bardziej skomplikowanych i droższych rozwojów w dziedzinie robotyki zbędnymi”.

“Należy zrozumieć, że biologiczne systemy zużywają niezauważalną ilość energii w porównaniu z systemami elektronicznymi. Są one miniature, a więc również niezwykle ekonomiczne i efektywne. Dla porównania, laptop zużywa około 100 watów na godzinę, podczas gdy ludzki mózg zużywa około 20 watów na dobę”, mówi dr Maoz. “Natura jest znacznie bardziej zaawansowana niż my, więc powinniśmy ją wykorzystywać. Zasada, którą udowodniliśmy, może być stosowana i wykorzystywana w innych zmysłach, takich jak węch, wzrok i dotyk. Na przykład, niektóre zwierzęta mają niesamowite zdolności wykrywania materiałów wybuchowych lub narkotyków; stworzenie robota z biologicznym nosem mogłoby pomóc nam zachować ludzkie życie i zidentyfikować przestępców w sposób, który nie jest możliwy dzisiaj. Niektóre zwierzęta potrafią wykryć choroby. Inne mogą wyczuć trzęsienia ziemi. Nie ma granic.”

Wiele postępów w dziedzinie robotyki można przypisać inspiracji natury. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku owadów, które są ciągle wykorzystywane przez naukowców próbujących odtworzyć ich wydajność w systemach robotycznych.