Ученые из Японии и Сингапура разработали новое устройство дистанционного управления живым мадагаскарским тараканом. В отличие от существующих аналогов, оно подзаряжается от солнечной батареи, а также почти не стесняет движений животного. Это важный шаг к эпохе насекомых-киборгов, наступающей на наших глазах.
Плагиат у эволюции
Где мог бы пригодиться крошечный юркий робот, способный пролезть в любую щель? Везде, куда человек не может протиснуться или где ему опасно находиться. Например, миниатюрный помощник мог бы искать людей под завалами. Или обследовать сооружения и механизмы в поисках дефектов и неполадок.
Однако создать небольшое устройство, способное перемещаться по сложной поверхности, совсем не просто. А еще сложнее — сделать его энергоэффективным. Электропитание вообще ахиллесова пята подвижных роботов, от электромобилей до квадрокоптеров, а уж тем более, когда от машины требуется легкость и миниатюрность. Перефразируя известный богословский парадокс, можно спросить: «Может ли робот размером с насекомое питаться от аккумулятора, который он сам сможет поднять?» Ответ неутешителен: если и может, то очень недолго. Инженеры пытаются обойти эту трудность, организуя своим детищам питание от гибкого провода, лазерного луча или беспроводных сетей вроде Wi-Fi. Все эти решения имеют недостатки. Провод имеет ограниченную длину, он может за что-то зацепиться или запутаться. Луч лазера не изгибается вслед за заползшим в щель подопечным. Радиоволны беспроводных сетей несут слишком мало энергии.
Между тем природа давным-давно создала маневренные и исключительно энергоэффективные устройства размером с насекомых. И это… сами насекомые. Изобретать таракана так же не нужно, как изобретать велосипед. По навыкам передвижения это создание даст сто очков вперед не только роботу, но и человеку, пытающемуся угнаться за ним с тапком. Да и выносливости этим существам не занимать: рыжий таракан выдерживает вес, в 900 раз превышающий его собственный. Севших батареек тоже можно не опасаться: вряд ли какому-нибудь борцу с шестиногими соседями удавалось заморить их голодом. Правда, экспериментаторы предпочитают иметь дело все-таки не с домашними прусаками, а с шипящими мадагаскарскими тараканами. Это столь же проворные и неприхотливые, но значительно более крупные насекомые (несколько сантиметров в длину).
Пульт управления тараканом
Как превратить живое членистоногое в послушное орудие человека? Идея проста: нужно вживить в нервную систему животного электроды и отдавать по ним команды. Благо подобные исследования имеют давнюю историю. Еще в 1960-е годы экспериментаторы мгновенно успокаивали разъяренного быка электрическим уколом в нужную зону мозга. А ведь мозг насекомого куда примитивнее мозга млекопитающего, так что и перехватить управление должно быть проще.
Однако на практике все не так радужно. По данным четырехлетней давности, типичные насекомые-киборги неверно реагируют примерно на половину команд. Авторы нового исследования демонстрируют в эффектном видеоролике пять успешных примеров управления тараканом (отданная по Bluetooth команда заставляла его повернуть вправо). Однако они аккуратно обходят вопрос, сколько всего попыток было сделано.
Впрочем, эта научная работа посвящена не управлению мозгом насекомого как таковому. Экспериментаторы заботились о другом — чтобы управляющее устройство не стесняло движений и было обеспечено энергией.
Вьючное животное
Таракан не нуждается в электроэнергии, но вот система управления тараканом в ней нуждается. Конечно, в куда меньшем объеме, чем целый насекомоподобный робот, но и эту небольшую энергию нужно откуда-то брать. Некоторые ученые пытались добывать ее, используя движения насекомого или его биохимию. Однако пока подобные устройства не вырабатывают и милливатта, а это слишком мало для нейроинтерфейса.
На сей раз исследователи запитали устройство от литий-полимерного аккумулятора, который, в свою очередь, заряжается от органической солнечной батареи. Этот дуэт обеспечивает мощность 17,2 мВт, вполне достаточную для системы управления. Аккумулятор позволяет устройству работать и в темноте, а чтобы подзарядиться, киборгу достаточно примерно на полчаса выйти на солнце.
Отдельная гордость инженеров — сбруя, с помощью которой электроника крепится на таракана. Она была разработана с учетом точной формы тела насекомого и распечатана на 3D-принтере из гибкого полимера. Исследователи учли, что хитиновый панцирь меняет форму при ходьбе и его чешуйки частично перекрываются.
Столь высокотехнологичная упряжь почти не стесняет движений насекомого. А если перевернуть таракана на спину, он встает самостоятельно более чем в 80% случаев. Как подчеркивают исследователи, этим их детище выгодно отличается от других подобных систем.
Правда, чтобы таракан-киборг из игрушки превратился в помощника, нужна еще и полезная нагрузка — какие-нибудь камеры или датчики. Они тоже потребуют электропитания и места на тараканьей спине. Так что нынешняя разработка — это в лучшем случае прототип полезных устройств. Но если миниатюризация электроники продолжится нынешними темпами, мы имеем все шансы увидеть радиоуправляемых тараканов в деле. Вопрос лишь в том, нужно ли этому радоваться.
Палка о двух концах
Насекомые-киборги могут стать верными помощниками не только спасателей и инженеров, но и злоумышленников. Если таракан сможет нести датчик для обследования труб, почему бы ему не нести микрофон для подслушивания разговоров? Следящее устройство можно сделать миниатюрным и сегодня, но, чтобы установить его в чужой квартире или офисе, туда нужно проникнуть. Человеку трудно сделать это незамеченным, а как насчет насекомого? Вот когда слово «жучок» приобретет буквальное значение!
Подбросить недругу запрещенные вещества тоже станет проще и безопаснее для злоумышленника, чем сейчас. По действующему законодательству, масса героина свыше 0,5 г — это уже «значительный размер», а свыше 2,5 г — «крупный». И для некоторых веществ «значительный размер» меньше еще в 10–25 раз. Один или несколько рейсов насекомого-курьера — и под вашим шкафом повод для уголовного преследования. Дозу яда в сахарнице тоже можно организовать. И это лишь самые очевидные из неприятных перспектив.
Насекомые-киборги — отличный инструмент. Но с тех пор, как обезьяна подняла первый камень, всякий инструмент может быть использован во благо или во зло. Осваивая новые возможности, обществу приходится справляться и с новыми угрозами. Очень важно не забывать об этой стороне медали.