تتشابه أصغر المركبات الجوية بدون طيار مع الحشرات في كثير من النواحي ، لكنها لا تستطيع تجاوزها في القدرة على المناورة والكفاءة. سيستغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن ينجح العلماء في إنشاء جندي عالمي يجمع بين القدرات التكنولوجية والقدرات الطبيعية - روبوت الحشرات. على مدى السنوات القليلة الماضية ، تعلم الباحثون السيطرة على الحشرات الكبيرة باستخدام الغرسات الكهربائية - نوع من طريقة القوة الغاشمة بفوائد حقيقية محدودة.
الآن ، يأمل علماء من
معهد هوارد هيوز الطبي ، جنبًا إلى جنب مع
مختبر دريبر ، في التغلب على القيود من خلال إنشاء اليعسوب سايبورغ الذي سيجمع بين "التنقل المصغر ، والبيولوجيا الاصطناعية والتكنولوجيا العصبية". من خلال التحكم في اليعسوب ، يعمل مهندسو المختبرات على تطوير طريقة لتعديل الجهاز العصبي للحشرات وراثيًا حتى يتمكنوا من الاستجابة لنبضات الضوء. بمجرد نجاحها ، سيسمح النهج المعروف باسم التحفيز البصري الجيني لليعسوب بنقل البضائع ، وإجراء المراقبة الخارجية ، وحتى مساعدة النحل على تلقيح النباتات بشكل أفضل.
ولكن لماذا بالضبط اليعسوب؟ وهي منتشرة في جميع أنحاء العالم ، بالإضافة إلى أنها منشورات شديدة التحمل والبراعة لحجمها الصغير. قد يؤدي العمل الإضافي إلى توسيع استخدام نظام التحكم للحشرات الأخرى ، بما في ذلك الملقحات المهمة.
مشروع DragonflEye هو تعاون بين علماء من مختبر درابر ومعهد هوارد هيوز الطبي. يقوم الفريق بتطوير ألياف بصرية صغيرة يمكنها تنشيط الخلايا العصبية الخاصة بالتحكم في الطيران باستخدام نبضات ضوئية. الألياف الضوئية التقليدية قاسية جدًا بحيث لا يمكنها لف جذوع اليعسوب الصغيرة ، لذلك ابتكر العلماء مادة مرنة ومبتكرة لهذه الأغراض. هذا يسمح لك بزيادة الوظائف بشكل كبير وتقليل وزن وحجم نظام التحكم بأكمله بشكل ملحوظ.
بالإضافة إلى ذلك ، تمكنت مجموعة من العلماء من تغليف جميع الإلكترونيات في "حقيبة ظهر" صغيرة. هذا يعني أن الحشرات الصغيرة مثل النحل أو اليعسوب يمكن أن تطير معها. كان من الممكن تطوير مثل هذه "حقيبة الظهر" الصغيرة بسبب استخدام الألواح الشمسية لجمع الطاقة ، وتقليل الحاجة إلى البطاريات. يتم تضمين نظام تحكم وملاحة فيه ، لذا يمكن التنقل بشكل كامل خارج البيئة الخاضعة للرقابة. هذا هو نظام الجيل الأول الذي يسمح لك بالتحكم في الحشرات باستخدام
التحفيز البصري .
مكونات حقيبة ظهر قريبةدرس الباحثون كيف تتحكم الخلايا العصبية "التوجيهية" الخاصة في اتجاه رحلة اليعسوب. هذه الخلايا العصبية هي نوع من الخلايا العصبية غير الحسية ولا الحركية. يعتقد العلماء أن المتدربين يعطون أوامر "التوجيه" أسفل الروابط العصبية والعضلية ، التي تنسق حركة عضلات الأجنحة وتحافظ على رحلة مستقرة. ستعمل بشكل نقطي ، دون تنشيط غير مقصود للخلايا العصبية والعضلات القريبة بسبب علم الوراثة. سيتيح هذا النهج للعلماء تنشيط الخلايا العصبية الفردية بالضوء ، والتي لا يمكن إجراؤها بالكهرباء.
في التصميمات السابقة ، تم استخدام أقطاب كهربائية للتحكم في عضلات الحشرة وإجبارها على القيام بما تحتاجه. قرر مهندسو مختبر درابر تطبيق نهج أكثر دقة باستخدام تقنية علم الوراثة الضوئية - تنشيط بعض الخلايا العصبية باستخدام نبضات الضوء. يمكن للخلايا العصبية المسؤولة عن التحكم في الحشرة أيضًا أن تعمل كجسر بين أجهزة استشعار اليعسوب وعضلاته. بهذه الطريقة ، يمكن تحقيق تحكم أكثر موثوقية على حركات الحشرة.
تزن اليعسوب العادية حوالي 600 ملليجرام وتهاجر لمسافات طويلة. الطائرات الميكانيكية القابلة للمقارنة أقل فعالية بكثير في رفع الأوزان وتحقيق الاستقرار في الطيران وتوفير الطاقة. يخلق عدم الكفاءة هذا مشكلة أساسية: لا يمكن للتقنية أن تحمل سوى مصادر صغيرة جدًا من الطاقة ، مما يعني أنه يتم تكييفها فقط للرحلات القصيرة المدى. لا يتطلب نظام DragonflEye مصدر طاقة للطيران - للملاحة فقط. يمكن أن تعمل إلى ما لا نهاية تقريبًا نظرًا لقدرة الحشرات على تلقي الطاقة من الغذاء وقدرة نظام الملاحة على جمع الطاقة من البيئة.
يركز الفريق الآن على تطوير طرق توصيل جينات اليعسوب الخاصة لإنشاء خلايا عصبية خاصة حساسة للضوء. في المرحلة التالية من التطوير ، يخطط فريق من الباحثين والمهندسين لتقليل حجم ووزن نظام DragonflEye من خلال إنشاء
نظام شريحة واحدة مخصص متكامل. وبالتالي ، يمكن للحشرات الصغيرة أن تحمل هذه "حقيبة الظهر".
تم إجراء محاولات سابقة للسيطرة على هروب الحشرات فيما يتعلق بالحشرات الكبيرة - الخنافس والجراد المختلفة ، حتى يتمكنوا من رفع أنظمة إلكترونية كبيرة نسبيًا على أجسامهم تزن ما يصل إلى 1.3 جرامًا. لا تحتوي هذه الأنظمة على نظام ملاحة مدمج والقدرة على إرسال الأوامر للتحكم في الرحلة لاسلكيًا. ثم استبدل العلماء إشارات الإدخال للتحكم في الرحلة ، وتحفيز الخلايا العصبية وجناح التحكم في العضلات مباشرة. مشكلة هذا النهج هي أن الحشرات تتكيف وتتوقف عن الاهتمام بالمعلومات الحسية التي لا تتوافق مع المشاعر الأخرى. مثل هذا النظام يضعف التحكم العضلي اللازم لرحلة مستقرة. كما يستخدم التحفيز الكهربائي ، الذي لا ينشط الخلايا العصبية فحسب ، بل أيضًا العضلات القريبة من الأقطاب الكهربائية.
سيسمح تتبع الحشرات والحيوانات الصغيرة للباحثين بفهم سلوكهم بشكل أفضل في البرية ، ومراقبة التغيرات البيئية ، وتوجيه تطوير السياسات لحماية النظم البيئية المهمة. بالإضافة إلى التتبع ، يقدم النظام تقنية مصغرة لتجهيز عدد كبير من الحشرات بأجهزة استشعار بيئية.