Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Robo Roach

Bug Report: Un RoboRoach ia o pauză bine meritată după o demonstrație publică la o cafenea din Woods Hole, Mass.

Te trezești cu dorința de a face niște inginerie neuronală. Deschideți terariul cu insecte, scoateți gâtul de flori de animale de companie, molia dvs. de tutun sau gândacul dvs. și activați un comutator pe spatele insectelor. Cu ajutorul telecomenzii, începeți să vă direcționați insectele în jurul camerei.

În timp ce acest lucru poate părea o idee science-fiction, insectele controlate de la distanță au fost în jur de 15 ani. Începând cu sfârșitul anilor 1990, două grupuri de cercetători (la Universitatea din Tokyo și Universitatea din Michigan) au obținut un control rudimentar al răsturnării gândacilor. Lucrarea americană a fost întreprinsă cu obiectivul final de a crea "roboți hibrizi" capabili să facă monitorizarea și recunoașterea ajutorului în caz de dezastru. Lucrarea a fost publicată în reviste de comerț mic și a primit o presă, dar a trecut neobservată. Cercetarea a dispărut în cele din urmă, cu oamenii de știință care lucrau la alte aventuri.

Câteva ani mai târziu, încă două universități (Cornell și UC Berkeley) au obținut un succes notabil și au făcut presiuni pentru munca lor de dovadă a conceptului de gândaci și molii care zboară folosind un design modern de mici dimensiuni și tehnici chirurgicale inovatoare.

Rece? Ciudat? Revoluţionar? Horrendous? Depinde de dispoziția ta. Poate că sunteți inspirat de aceste cyborgs de insecte și doriți să lucrați și la astfel de experimente. Din păcate, dacă nu vă aflați într-unul din aceste patru laboratoare de cercetare (un total de 15 persoane în lume), nu veți avea acces la echipamentul extins și la finanțarea guvernamentală necesară pentru a construi interfața robotului împotriva insectelor.

O interfață de insecte pentru robot DIY

Sunați total nedrept? Ai noroc. În ultimii doi ani, noi, cei de la Backyard Brains, lucrăm pentru a face neurotehnologia găsită anterior numai în laboratoarele avansate de cercetare disponibile studenților de toate vârstele (bine, în principal, peste 12 ani). Făcând echipament ieftin și ușor de folosit, facem posibil ca toată lumea să facă neuro-experimente și să accelereze înțelegerea noastră a sistemului nervos.

Pentru ultimul nostru proiect, am vrut să dezvoltăm un "RoboRoach" cu costuri reduse pentru a demonstra principiile de neurostimulare pentru studenți. Acest proiect a început ca o sarcină de proiectare senioră pe care am reușit-o și am sponsorizat la Universitatea din Michigan în 2010. Din motive de cost, nu am vrut să construim propriile noastre circuite de control de la distanță, așa că am scurs magazinele de jucării pentru cele mai mici, cel mai ieftin circuit de control de la distanță pe care l-am putea găsi (o muncă grea, dar cineva trebuie să o facă). Ne-am stabilit pe Hexbug Inchworm, deoarece circuitul este luminos (1 gram), ruleaza pe doar 3 volti (deci putem folosi o baterie cu celule mici), are 2 grade de libertate si costa doar 20 de dolari.

Pentru a direcționa RoboRoach, am scos circuitul din jucărie și am alimentat ieșirea regulatorului motorului în antenele de gândac, folosind fire de argint foarte subțiri (0,003 "în diametru sau 40 gabarit). Țesuturile neuronale din interiorul antenei îi plac impulsurile bifazice (ambele impulsuri + și - pătrat), dar Hexbug-ul își execută motoarele cu DC (curent continuu). Am reușit să convertim acest semnal utilizând cel mai frecvent cronometru, 555 (de fapt, un văr redus, 551). Prin configurarea cipului temporizat într-un mod astabil și plasarea unui condensator pe ieșire (eliminând DC offset), am reușit să facem circuitul stimulator să livreze impulsuri de 55 Hz. Acest lucru este exact în domeniul în care preferă neuronii.

Ultimul pachet total, care include conectorul, bateria 2016, plăcile de circuite personalizate 551 și platforma Hexbug, cântărește 7 grame. Un gândac mare care cântărește 3 grame poate transporta în sus 9 g pentru experimente de 10 minute. Rucsacul este detașabil, astfel încât gandacul îl poartă doar temporar (când nu este conectat, bug-ul este liber să mănânce salată proaspătă, să bea apă, să facă bebeluși, să alerge în întuneric și să facă ce gândesc gandacii vreodată).

Cum să conduci un gândac

Pentru a face robinetul să se întoarcă la fugă, vom profita de comportamentele sale naturale cu motor. Bomboane le place să curgă lângă un zid. Atunci când antena lor periază ceva, ei se întorc astfel încât să fie difuzate paralel cu acesta. Acestea fac parte din "mecanismul lor de evadare". Impulsurile bifazice trimit bug-ul in a crede ca simte o perie pe una din antenele sale, stimuland nervii care in mod normal conduc informatii despre lucrurile pe care antena le atinge. Impulsurile determină nervii să declanșeze mesajele electrice (numite "spikes") către creier. Rezultatul final este că gândacul se va întoarce în direcția opusă antenei pe care o acționăm prin stimulare.

În calitate de biologi, trebuie să subliniem că gândacii nu sunt chiar roboți. Ei au sisteme nervoase care funcționează pe deplin și care arată unele proprietăți minunate precum învățarea și adaptarea. Motivul pentru care

cercetarea nu a fost în cele din urmă împinsă în continuare este că insectele în cele din urmă să învețe să ignore stimularea. Creierii noștri (la fel ca și ei) nu iau în considerare în cele din urmă lucruri care nu au o relevanță comportamentală (lucruri care nici nu ne rănesc, nici nu ne ajută). După aproximativ 10 studii de stimulare, răspunsul la răsucirea gândacului se diminuează considerabil și în cele din urmă se oprește împreună.

Dar - dacă gândacul este plasat înapoi în cușcă pentru câteva ore, acesta uită și stimularea funcționează din nou. După aproximativ o săptămână, totuși, stimularea nu mai funcționează în totalitate. Nu știm de ce, dar bănuiți că cel mai probabil se datorează biodegradării electrozilor.

Kitul RoboRoach

În afară de aceasta, suntem bucuroși să raportăm că, după un an de dezvoltare, avem prototipuri de lucru și începem să demonstrăm și să distribuim seturile noastre de control de la distanță pentru amatori, licee și universități. De asemenea, suntem mândri să afirmăm că proiectul a fost finanțat în întregime de autofinanțare, iar costul total al prototipului (fără a include inteligența și munca, desigur) în ultimul an a fost în vecinătatea a 1000 de dolari.

Există beneficii educaționale reale pentru aceste bio-roboți. Aceleași tehnici folosite în RoboRoach sunt de asemenea folosite în stimularea cerebrală profundă (DBS) pentru tratamentul bolii Parkinson și în implanturile cohleare pentru a restabili audierea în cazul surzilor. Aceste dispozitive clinice sunt încă relativ brute și au mult loc pentru îmbunătățire. Dacă mai mulți tineri ingineri și biologi lucrează la problemele interfețelor neuronale, poate apare o renaștere în neurotehnologie și tratamentul afecțiunilor sistemului nervos.

Sperăm că ceea ce a trebuit să cheltuim banii contribuabililor și ani de zile în școala universitară pentru a studia (adică, neurofiziologia creierului mamiferelor) va deveni accesibilă și comună a cunoștințelor de liceu în următorii 20 de ani.

Dacă doriți să aflați mai multe, vă rugăm să ne vizitați la roboroach.backyardbrains.com.

Acțiune

Lasa Un Comentariu