Draper menciptakan robot serangga sebagai bagian dari DragonflEye

Kendaraan udara tak berawak terkecil mirip dengan serangga dalam banyak hal, tetapi tidak dapat mengungguli mereka dalam manuver dan efisiensi. Butuh waktu yang sangat lama sebelum para ilmuwan berhasil menciptakan tentara universal yang menggabungkan kemampuan teknologi dan kemampuan alami - robot serangga. Selama beberapa tahun terakhir, para peneliti telah belajar mengendalikan serangga besar menggunakan implan listrik - semacam metode brute force dengan manfaat nyata terbatas.

Sekarang, para ilmuwan di Howard Hughes Medical Institute, bersama-sama dengan Laboratorium Draper, berharap untuk mengatasi keterbatasan dengan menciptakan capung cyborg yang menggabungkan "navigasi miniatur, biologi sintetis, dan neuroteknologi." Dengan mengendalikan capung, insinyur laboratorium mengembangkan cara untuk memodifikasi sistem saraf serangga secara genetis sehingga mereka dapat merespons impuls cahaya. Begitu mereka berhasil, pendekatan yang dikenal sebagai stimulasi optogenetik akan memungkinkan capung mengangkut kargo, melakukan pengamatan di luar, dan bahkan membantu lebah menyerbuki tanaman dengan lebih baik.

Tapi kenapa sebenarnya capung? Mereka tersebar di seluruh dunia dan juga selebaran yang sangat kuat dan tangkas untuk ukuran kecil mereka. Pekerjaan lebih lanjut dapat memperluas penggunaan sistem kontrol untuk serangga lain, termasuk penyerbuk penting.

Proyek DragonflEye adalah kolaborasi antara ilmuwan dari Laboratorium Draper dan Institut Kedokteran Howard Hughes. Tim sedang mengembangkan serat optik kecil yang dapat mengaktifkan neuron kontrol penerbangan khusus menggunakan pulsa cahaya. Serat optik tradisional terlalu kaku untuk dapat membungkus batang saraf kecil capung, sehingga para ilmuwan menciptakan bahan fleksibel yang inovatif untuk keperluan ini. Ini memungkinkan Anda untuk secara signifikan meningkatkan fungsionalitas dan secara signifikan mengurangi bobot dan ukuran seluruh sistem kontrol.

Selain itu, sekelompok ilmuwan berhasil mengemas semua barang elektronik dalam "ransel" kecil. Ini berarti serangga kecil seperti lebah atau capung dapat terbang bersamanya. Itu mungkin untuk mengembangkan "ransel" kecil seperti itu karena penggunaan panel surya untuk mengumpulkan energi, meminimalkan kebutuhan baterai. Sistem kontrol dan navigasi dibangun di dalamnya, sehingga navigasi sepenuhnya otonom dimungkinkan di luar lingkungan yang terkendali. Ini adalah sistem generasi pertama yang memungkinkan Anda untuk mengendalikan serangga menggunakan stimulasi optogenetik .


Komponen ransel close-up

Para peneliti telah mempelajari bagaimana neuron "kemudi" khusus mengendalikan arah terbangnya capung. Neuron semacam itu adalah jenis interneuron yang bukan sensorik atau motorik. Para ilmuwan percaya bahwa interneuron memberikan perintah "kemudi" ke bawah koneksi neuromuskuler, yang mengkoordinasikan pergerakan otot sayap dan mempertahankan penerbangan yang stabil. Mereka akan bertindak searah, tanpa aktivasi yang tidak disengaja dari neuron dan otot di dekatnya karena optogenetika. Pendekatan ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengaktifkan neuron individu dengan cahaya, yang tidak dapat dilakukan dengan listrik.

Dalam desain sebelumnya, elektroda digunakan untuk mengontrol otot-otot serangga dan memaksanya untuk melakukan apa yang diperlukan. Insinyur Laboratorium Draper memutuskan untuk menerapkan pendekatan yang lebih rumit menggunakan teknologi optogenetika - aktivasi neuron tertentu menggunakan pulsa cahaya. Neuron yang bertanggung jawab untuk mengendalikan serangga juga dapat bertindak sebagai jembatan antara sensor capung dan otot-ototnya. Dengan cara ini, kontrol yang lebih andal atas pergerakan serangga dapat dicapai.

Berat capung biasa sekitar 600 miligram dan bermigrasi dari jarak jauh. Pesawat mekanik yang sebanding kurang efektif dalam mengangkat beban, menstabilkan penerbangan, dan menghemat energi. Ketidakefisienan ini menciptakan masalah mendasar: suatu teknik hanya dapat membawa sumber energi yang sangat kecil, yang artinya hanya disesuaikan untuk penerbangan jangka pendek. Sistem DragonflEye tidak memerlukan sumber daya untuk penerbangan - hanya untuk navigasi. Ia dapat bekerja hampir tanpa batas waktu karena kemampuan serangga untuk menerima energi dari makanan dan kemampuan sistem navigasi untuk mengumpulkan energi dari lingkungan.

Tim ini sekarang fokus pada pengembangan metode untuk pengiriman gen khusus capung untuk membuat neuron kontrol sensitif cahaya khusus. Pada tahap pengembangan selanjutnya, tim peneliti dan insinyur berencana untuk mengurangi ukuran dan berat sistem DragonflEye dengan menciptakan sistem chip tunggal terintegrasi yang disesuaikan. Dengan demikian, serangga yang lebih kecil dapat membawa "ransel" ini.

Upaya-upaya sebelumnya untuk mengendalikan pelarian serangga telah dilakukan sehubungan dengan serangga yang lebih besar - kumbang dan belalang yang berbeda, sehingga mereka dapat meningkatkan sistem elektronik yang relatif besar pada tubuh mereka yang beratnya mencapai 1,3 gram. Sistem ini tidak memiliki navigasi bawaan dan kemampuan untuk mengirim perintah untuk mengontrol penerbangan secara nirkabel. Kemudian para ilmuwan mengganti sinyal input untuk mengontrol penerbangan, secara langsung merangsang neuron dan otot kontrol sayap. Masalah dengan pendekatan ini adalah bahwa serangga beradaptasi dan berhenti memperhatikan informasi sensorik yang tidak konsisten dengan perasaan lainnya. Sistem seperti itu merusak kontrol otot yang diperlukan untuk penerbangan yang stabil. Ini juga menggunakan stimulasi listrik, yang mengaktifkan tidak hanya neuron, tetapi juga otot-otot di dekat elektroda.

Melacak serangga dan hewan kecil akan memungkinkan para peneliti untuk lebih memahami perilaku mereka di alam liar, memantau perubahan lingkungan, dan memandu pengembangan kebijakan untuk melindungi ekosistem penting. Selain pelacakan, sistem ini menawarkan teknologi mini untuk melengkapi sejumlah besar serangga dengan sensor lingkungan.