Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Robo Roach

Poročilo o hrošču: RoboRoach ima dobro zaslužen odmor po javnem predstavitvi v kavarni v Woods Hole, Mass.

Zbudite se z željo, da naredite nekaj nevronskega inženirstva. Odprete svoj terarij žuželk, izvlečete svojega hišnega cvetnega hrošča, tobačnega moljca ali ščurki in vklopite stikalo na hrbtu. S svojim daljinskim upravljalnikom začnete usmerjati žuželke po sobi.

Čeprav to morda zveni kot znanstvena fantastika, so daljinsko vodene žuželke prisotne že 15 let. Od konca devetdesetih let sta dve skupini raziskovalcev (na Univerzi v Tokiu in na Univerzi v Michiganu) dosegli osnovni nadzor obračanja ščurkov. Ameriško delo je bilo opravljeno s končnim ciljem ustvariti „hibridne robote“, ki so sposobni spremljati katastrofe in izvidovati. Delo je bilo objavljeno v majhnih strokovnih revijah in prejelo nekaj tiska, vendar je bilo v glavnem neopaženo. Raziskava je sčasoma izginila, znanstveniki so delali na drugih dogodivščinah.

Leta kasneje sta dve drugi univerzi (Cornell in UC Berkeley) dosegli opazen uspeh in pritisnili na njihovo dokazno delo v letečih hroščih in moljcih z uporabo sodobne oblike majhnih elektrod in inovativnih kirurških tehnik.

Kul? Čudno? Revolucionarna? Grozno? To je odvisno od vaše naravnanosti. Morda vas navdihujejo ti kiborgi žuželk in želite delati tudi na takšnih poskusih. Na žalost, razen če ste v eni od teh štirih raziskovalnih laboratorijev (skupno 15 ljudi na svetu), ne boste imeli dostopa do obsežne opreme in vladnega financiranja, ki je potrebno za izgradnjo vmesnika robotskih insektov.

DIY robotski insektni vmesnik

Zveni popolnoma nepošteno? Imate srečo. V zadnjih dveh letih smo v Backyard Brainsu delali za to, da smo nevrotehnologijo prej našli le v naprednih raziskovalnih laboratorijih, ki so na voljo študentom vseh starosti (dobro, večinoma starejši od 12 let). Z izdelavo, ki je poceni in enostavna za uporabo, omogočamo vsem, da opravijo nevro-eksperimente in pospešijo naše razumevanje živčnega sistema.

Za naš najnovejši projekt smo želeli razviti super-poceni “RoboRoach”, da bi študentom prikazali principe nevrostimulacije. Ta projekt se je začel kot vodilni projektni nalog, ki smo ga vodili in sponzorirali na Univerzi v Michiganu leta 2010. Zaradi stroškovnih razlogov nismo želeli graditi lastnih daljinskih krmilnih vezij iz nič, zato smo iskali trgovine z igračami za najmanjše, najlažje, najcenejši krog daljinskega upravljalnika, ki bi ga lahko našli (težko delo, ampak nekdo mora to narediti). Na Hexbug Inchworm smo se odločili, saj je vezje svetlo (1 gram), deluje samo na 3 voltov (tako da lahko uporabljamo majhno baterijo), ima 2 stopnji svobode in stane le 20 dolarjev.

Za krmiljenje RoboRoach smo odstranili vezje iz igrače in krmilili izhod krmilnika motorja v anteno ščurki z zelo tankimi srebrnimi žicami (premera 0,003 ali premera 40). Nevronsko tkivo znotraj antene ima rad dvofazne impulze (obe + in - kvadratni impulzi), vendar pa Hexbug napaja svoje motorje z enosmernim (enosmernim) tokom. Ta signal smo lahko pretvorili z najbolj običajnim časovnikom, ki je obstajal, 555 (dejansko bratrancem z nizko porabo, 551). S konfiguriranjem časovnega čipa v nespremenljiv način in s postavitvijo kondenzatorja na izhod (odstranitev DC offset), smo uspeli narediti stimulacijsko vezje 55Hz impulze. To je prav v obsegu, ki ga nevroni raje.

Končni skupni paket, ki vključuje konektor, 2016 baterijo, naše običajne 551 vezja, in Hexbug platformo, tehta 7 gramov. Velik ščurki, ki tehtajo 3 g, lahko prenašajo 9 gramov za 10-minutne poskuse. Nahrbtnik je ločljiv, tako da ga ščurki začasno obrabijo (ko ni priključen na električno napajanje, je hrošči lahko jedo svežo solato, pije vodo, naredi dojenčke, teče okoli v temi in dela, kar počnejo in razmišljajo ščurki).

Kako usmerjati ščurke

Da bi se ščurki obrnili, ko teče, izkoriščamo njegovo naravno motorično vedenje. Ščurki radi tečejo ob zidu. Ko se njihova antena dotakne nečesa, se obrnejo, tako da tečejo vzporedno z njim. To je del njihovega "mehanizma pobega". Dvofazni impulzi zvijajo žuželko, da misli, da je na eni od antene čutila krtačo, s spodbujanjem živcev, ki običajno izvajajo informacije o stvareh, ki jih antena dotika. Impulzi povzročijo, da živci sprožijo električna sporočila (imenovana »konice«) v možgane. Končni rezultat je, da se bo ščurek obrnil v nasprotno smer antene, ki jo aktiviramo s stimulacijo.

Kot biologi moramo poudariti, da ščurki niso ravno roboti. Imajo popolnoma delujoč živčni sistem, ki kaže nekaj čudovitih lastnosti, kot sta učenje in prilagajanje. Razlog je

raziskava ni bila nikoli več potisnjena, da se insekti sčasoma naučijo ignorirati stimulacijo. Naši možgani (kakor tudi njihovi) sčasoma ne upoštevajo stvari, ki nimajo vedenjskega pomena (stvari, ki nam ne prizadenejo ali pomagajo). Po približno desetih poskusnih stimulacijah se je odziv obračanja ščurki opazno zmanjšal in sčasoma vse skupaj ustavil.

Ampak - če je ščurek vrnjen v svojo kletko nekaj ur, pozabi in stimulacija ponovno deluje. Po približno tednu dni pa stimulacija popolnoma preneha delovati. Ne vemo zakaj, vendar sumimo, da je to najverjetneje posledica obraščanja elektrod.

Komplet RoboRoach

Poleg tega vam bomo z veseljem poročali, da imamo po enem letu razvoja, imamo delovne prototipe in začenjamo prikazovati in distribuirati naše komplete ščurek za daljinsko upravljanje amaterjem, srednjim šolam in univerzam. Prav tako smo ponosni, da lahko rečemo, da se je projekt v celoti financiral iz lastnih sredstev, skupni stroški izdelave prototipov (ne vključujejo pa seveda možganov in dela) v zadnjem letu so bili v bližini 1.000 $.

Za te bio-robote obstajajo prave izobraževalne koristi. Iste tehnike, ki se uporabljajo v RoboRoachu, se uporabljajo tudi pri globoki možganski stimulaciji (DBS) za zdravljenje Parkinsonove bolezni in v kohlearnih vsadkih za obnovitev sluha pri gluhih. Ti klinični pripomočki so še vedno razmeroma surovi in ​​imajo veliko prostora za izboljšave. Če vedno več mladih inženirjev in biologov dela na problemih nevronskih vmesnikov, se lahko pojavi renesansa v nevrotehnologiji in zdravljenje prizadetosti živčnega sistema.

Upamo, da bo to, kar smo morali porabiti denar davkoplačevalcev in leta našega študija na podiplomski šoli (tj. Nevrofiziologija možganov sesalcev), v naslednjih 20 letih postali dostopni in splošno znanje srednje šole.

Če želite izvedeti več, nas obiščite na naslovu roboroach.backyardbrains.com.

Delež

Pustite Komentar