Живые роботы: ученые нашли им работу

Научные работники университета Иллинойса говорят, что их детище, несмотря на его революционность, устроено и работает крайне простым образом. Внутрь гидрогелевого «каркаса» вводится биологический материал – живые мышечные клетки. Они сжимаются и разжимаются, вследствие чего биоробот передвигается в пространстве. Чтобы заставить мышечные волокна работать, достаточно легкого электрического разряда. Чем сильнее импульс, тем интенсивнее сокращаются клетки и тем более «работящей» становится микромашина. По словам научных сотрудников, технология обладает потенциалом, который позволит создавать биологические машины, не нуждающиеся в использовании традиционных силовых установок. В свою очередь это может повысить уровень технологии доставки лекарственных средств внутри больного, помочь в микрохирургии, операциях по вживлению имплантов и множестве других вещей.

Можно сказать, что уже сегодня существуют микроскопические биороботы, потенциально пригодные к медицинскому использованию. При этом данный проект можно поставить в один ряд с рядом аналогичных разработок, в ходе которых исследователи получали на выходе миниатюрных роботов-насекомых, причем иногда это были киборги на основе живых насекомых.

В 2012 году «Лаборатория интегрированных бионических микросистем» Университета Северной Каролины (США) продемонстрировала всему миру радиоуправляемого таракана. Для этой цели был разработан специальный чип, который крепится к спине таракана. В 2016 году торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники «Arduino», ориентированная на непрофессиональных пользователей, выпустила инструкцию, как сделать управляемого таракана на основе популярного контроллера. Стимулируя усы таракана током переменной частоты, его можно было убедить в том, что перед ним препятствие, а потому необходимо изменить траекторию движения.
Спустя некоторое время ученые из Наньянского технологического университета создали киберимпланты, с помощью которых можно было не только направлять движение жука-бронзовки, но также менять его скорость. Это получилось благодаря прямому подключению электродов к нервно-мышечным волокнам насекомого. Электроды влияют на степень сокращения соответствующих мышц. Надо сказать, что, несмотря на то, что ведутся исследования по созданию устройства, которое могло бы воссоздать все способности насекомых, ученые полагают, что на уже готовой, живой «базе» из жука гораздо проще создать идеального микроскопического робота.

Эти роботы соединят в себе технологические возможности и природные способности насекомых.

А сейчас ученые Медицинского института Говарда Хьюза совместно с исследователями лаборатории Draper Laboratory работают над созданием стрекозы-киборга, которая будет сочетать «миниатюрную навигацию, синтетическую биологию и нейротехнологии».

Инженеры лаборатории разрабатывают способ генетически модифицировать нервную систему насекомых с тем, чтобы они могли реагировать на импульсы света. Как только это удастся, можно будет с помощью оптогенетической стимуляции перевозить грузы, вести наружное наблюдение и даже помогать пчелам опылять растения. В отличие от предыдущих разработок, где для того, чтобы управлять мышцами насекомого и заставлять его делать что нужно, ученые использовали электроды, в данном случае исследователи используют совершенно особую технику. Инновационный гибкий материал состоит из крошечных оптических волокон, которые активируют с помощью световых импульсов специальные нейроны, управляющие полетом.

Исследователи считают, что интернейроны отдают «рулевые» команды вниз по нервно-мышечным связям, которые координируют движения мышц крыльев и поддерживают стабильный полет. Они будут действовать точечно, без непреднамеренной активации близлежащих нейронов и мышц благодаря оптогенетике. Такой подход позволит ученым активировать отдельные нейроны светом, чего нельзя было сделать с помощью электричества.

Кроме того, ученые «упаковали» всю электронику в небольшой «рюкзак», который изготовили с использованием солнечных панелей для сбора энергии, поэтому аккумуляторы уже будут не нужны. Исследователи контролируют полет стрекозы с помощью специальных «рулевых» нейронов.

Электронная система DragonflEye, устанавливаемая на живую стрекозу, позволяет управлять насекомым при помощи импульсов света, подаваемых через оптоволоконные световоды, называемые оптродами, к определенным нейронам нервной системы. Чтобы нейроны нервной системы стрекозы реагировали на воздействие, насекомое подвергли процедуре генной модификации. Сверхминиатюрная электроника системы управления потребляет весьма малое количество энергии, которую способны выработать даже крошечные солнечные батареи, установленные на верхней части электронного «рюкзака».

Стрекоза превращается в аналог беспилотника с дистанционным управлением. Такой подход позволяет использовать крошечных и не бросающихся в глаза насекомых-киборгов в качестве разведчиков, исследователей опасных для человека территорий и доставщиков полезных грузов. «Энергопотребление» такого киборга сводится к минимуму, так как у инженеров нет необходимости создавать и поддерживать работу сложной системы датчиков. Из недостатков использования живых насекомых отмечают ограниченный температурный режим функционирования киборгов и короткое время жизни.

С одной стороны, создание киборгов с помощью живых насекомых открывает огромные перспективы перед учеными, но, с другой, станет причиной возникновения очень непростой морально-этической дилеммы. Кто может поручиться, что научившись управлять поведением насекомых, какой-нибудь ученый не захочет управлять поведением человека? Наверное, никому из нас не хотелось бы оказаться в подобном положении. А киборгизация в отдаленном будущем может стать первым шагом в процессе превращения людей в послушных роботов.

Вопросов много. Скорее всего, понадобится создать определенную нормативно-правовую базу, регулирующую процесс киборгизации насекомых, который может принести как огромную пользу, так и огромный вред, если исследования попадут в недобрые руки.

Инвест-Форсайт

Автор: Юлиана Погосова