Тараканов ученые превращают в разведчиков с помощью электроники

Идея превратить вредных тараканов в послушных человеку разведчиков и диверсантов возникла давно — для этого нужно лишь снабдить их электроникой, которая контролировала бы движения насекомого. Но до сих пор проблема была в элементе питания — предлагаемые варианты были тяжелы для насекомых. Недавно японские ученые смогли решить эту проблему.

Фото:

Следует заметить, что человек, наверное, тем и отличается от других живых существ, что умеет поставить себе на службу не только друзей, но и врагов из мира животных. Эту мысль весьма убедительно доказывает проект, начатый около двух лет тому назад под кодовым названием "RoboRoach". Цель проекта — превращение в верных слуг и помощников людей их недавних смертельных врагов — тараканов. Однако для этого нужно всего-то ничего — модифицировать насекомых с помощью электроники так, чтобы они безоговорочно выполняли команды людей.

Действительно, желанными гостями в человеческих жилищах этих шестиногих проныр и безобразников назвать нельзя — они, питаясь отбросами и шныряя в буквальном смысле слова по всем помойкам, способствуют (хоть и неосознанно) распространению различных инфекционных заболеваний. Кроме того, тараканы могут наносить ущерб пищевым продуктам, мебели, а также электротехнике, перегрызая изоляцию проводов или устраивая жилища в электроприборах, что приводит к коротким замыканием при включении оных. Одним словом, вреда от тараканов много, да и сами они из-за своего оригинального внешнего вида вряд ли могут служить украшением наших квартир.

Читайте также: Тараканов призывают в спецназ

Тем не менее, у тараканов есть немало свойств, которые люди могут считать полезными — например, они улавливают различные запахи намного лучше, чем это делают собаки, и, следовательно, могут служить живыми "хеморецепторами", способными распознать самые небольшие утечки отравляющих веществ. Кроме того, тараканы устойчивы ко многим ядам, а также намного лучше позвоночных животных переносят воздействия жесткого электромагнитного и ионизирующего излучения — а, значит, они являются идеальными разведчиками в местах, подвергшихся радиоактивному заражению. Ну и, наконец, найдется немного щелей, в которые таракан не мог бы пролезть — все это говорит о том, что из насекомых можно сделать первоклассных шпионов и диверсантов.

Однако, как добиться того, чтобы таракан беспрекословно выполнял команды оператора? Участники независимой научно-технологической площадки Kickstarter (США) предложили сделать из этих существ киборогов, а именно, вживить в тараканов небольшую микросхемы с батареей, которая закрепляется на спине животного, а также микроэлектродов, которые помещаются в усы. Последнее нужно потому, что насекомые используют свои усики в качестве своеобразных "навигационных антенн" — сигналы от них поступают в мозг в виде электрических импульсов, заставляя насекомое поворачивать в ту или иную сторону и обходить препятствия. Таким образом, если оператор будет дистанционно осуществлять стимуляцию одного из электродов, это вынудит таракана повернуть в том направлении и двинуться в ту сторону, которая требуется человеку.

К микросхеме же, вмонтированной в спинную часть панциря насекомого, можно подключить множество микроустройств — от видеокамеры или диктофона, до радиомаячка. Управление же этим "терминатором" из рода тараканьего можно будет осуществлять посредством беспроводной сети Bluetooth с весьма небольшим энергопотреблением (причем, оператор таракана может регулировать частоту импульсов в диапазоне от 1 до 200 Гц, а также их продолжительность) через специальное приложение для мобильной операционной системы iOS. Таким образом, управлять тараканом можно с любого смартфона или планшетного компьютера, где установлена подобная операционная система.

На современном этапе развития технологий сконструировать подобную микросхему и вживить ее в таракана достаточно легко, но вот подобрать необходимую батарейку — весьма и весьма сложно. Изначально специалисты из Kickstarter планировали оснастить усатого киборга ионно-литиевым аккумулятором, заряд которого рассчитан на 10 часов автономной работы. Однако выяснилось, что такая батарея очень тяжела для насекомого и из-за этого таракан становится менее быстрым и маневренным. Пробовались и иные варианты, однако не один из них не был реализован по тем же причинам — тяжесть аккумулятора заставляла насекомое быстро уставать.

Недавно эта задача, похоже, все-таки была решена присоединившимися к проекту "RoboRoach" специалистами из Осакского университета и Токийского университета агрономии и технологий (Япония). Ученые рассуждали так: зачем нужна батарейка, если проще оснастить насекомое таким топливным элементом, который будет вырабатывать энергию постоянно, используя при этом процессы, происходящие в самом организме таракана? И вот, после долгих экспериментов исследователям удалось сконструировать подобный элемент, который имеет размеры 20×15 мм — это позволяет без проблем закрепить его на спине таракана. Весит же конструкция во много раз меньше, чем питаемая микросхема.

Данный топливный элемент представляет собой ячейку, содержащую электроды, крошечный резервуар для жидкости и иглоподобную трубку, вживляемую в насекомое. Внутри резервуара находится диализная (то есть, способная очищать коллоидные растворы от низкомолекулярных веществ, - ред.) мембрана. Электричество же получается следующим образом: через трубку из организма таракана методом диффузии в резервуар попадает биологическая жидкость, содержащая углевод трегалозу. Это вещество при помощи ферментов расщепляется с образованием глюкозы, которая далее окисляется на положительном электроде, в то время как на отрицательном параллельно генерируется кислород за счет окислительно-восстановительной реакции. Таким образом на электродах создается разность потенциалов, что, как мы знаем, всегда приводит к образованию электрического тока.

Испытания элемента показали, что выдаваемая им мощность равна приблизительно 50 мкВт — этого вполне хватает для нормальной работы микросхемы и микроэлектродов, а так же некоторых сопутствующих устройств вроде вышеупомянутой видеокамеры. Данные экспериментов на живых насекомых говорят о том, что тараканы совершенно не замечают веса этого элемента (правда, надо сказать, что речь идет об американских тараканах Periplaneta americana, которые крупнее и сильнее наших пруссаков) и его работа никак не сказывается на их здоровье, поведении и активности. Вот только едят такие "терминаторы" куда чаще и больше своих собратьев, но это было предсказуемо — ведь элемент забирает из тела животного запасные питательные вещества, которые, в общем-то, и для него самого не являются лишними.

Таким образом, полное превращение вредных тараканов в послушных и исполнительных киборгов может произойти уже достаточно скоро — по крайней мере, технических проблем для данной трансформации уже нет. Ну, а если эти шестиногие разведчики и диверсанты покажут хорошие результаты в "боевой обстановке", то участники платформы Kickstarter займутся алогичными экспериментами на крылатых насекомых (мух, стрекоз или пчел), чьи возможности по сбору информации куда больше, чем тараканов, которые либо вообще не летают, либо делают это весьма и весьма плохо. Правда, уже сейчас понятно, что система, которая направляет движение киборга, в случае крылатых насекомых будет значительно сложнее.

Читайте также: Пьезогенератор для жука-терминатора

Кстати, разработка японских ученых может пригодиться в дальнейшем не только операторам тараканов, но и всем людям — такие элементы в принципе можно использовать для питания различных электронных систем, вживляемых в тело человека (например, кардиостимуляторов или искусственных "глаз" и "ушей"). Другое дело, что для столь энергоемких приборов мощность такой "биобатарейки" должна быть куда выше, чем у вышеописанного образца. Однако с технической точки зрения эта проблема не является нерешаемой…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"