Завдяки крихітним водолазним костюмам, що забезпечують їх киснем, рої кібернетичних комах, керованих дистанційно за допомогою електричних імплантатів, тепер можуть працювати під водою, що в майбутньому може дозволити їм досліджувати Марс.
Хіротака Сато з Наньянського технологічного університету в Сінгапурі та його колеги вперше продемонстрували у 2021 році, що мадагаскарськими тарганами (Gromphadorhina portentosa) можна дистанційно керувати за допомогою електродів, вбудованих в сенсорні органи, відомі як церки. У 2024 році вони продемонстрували, що рій із 20 таких кібернетичних комах може координувати свої дії.
Метою було розробити біологічних роботів, оснащених інфрачервоними датчиками, яких можна було б випускати у великих кількостях після стихійних лих для пошуку тих, хто вижив. Таргани є готовою платформою для таких застосувань, володіючи робочим джерелом живлення, ефективним пересуванням та вбудованими рефлексами для ухилення від перешкод — можливостями, які інженерам досі важко відтворити механічно в такому малому масштабі.
Однак Сато та його команда були незадоволені нездатністю комах досліджувати затоплені ділянки, що не рідкість у зонах стихійного лиха, тому вони розробили водолазний костюм, що дозволяє їм працювати під водою. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications.
Таргани дихають через дихальні отвори, звані спіракулами, які розташовані на черевці та грудях. Дослідники надрукували на 3D-принтері водонепроникний полімерний костюм, який захищає черевні дихальні води. Від костюма відходять малесенькі шланги, які безпосередньо з'єднуються з дихальцями на грудях; основна частина костюма, що закриває також грудну клітку, заважала б руху ніг.
Замість подавати комахам кисень з балона під тиском, як це роблять водолазні костюми, дослідники використовували суміш перекису водню і діоксиду марганцю. При реакції цих двох речовин перекис водню розкладається, утворюючи кисень, який тарган може поглинати.
Одягнувши костюм, таргани змогли пересуватися під водою до 3 годин поспіль на глибині до 50 сантиметрів без жодних негативних наслідків: усі п'ять комах, за якими спостерігали після одягання костюмів, залишалися здоровими через три дні.
Костюми також дозволили комахам пересуватися під водою напрочуд природно. На суші комахи-кіборги у костюмах розвивали середню швидкість руху вперед 87,5 міліметра за секунду, а під водою вона знижувалася до 78,4 міліметра за секунду.
Сато каже, що такі костюми могли б значно підвищити ефективність пошуково-рятувальних робіт за участю комах-кіборгів, але він також сподівається вивчити їхнє застосування в космосі, ще одному середовищі, де не вистачає життєво важливого кисню.
"Кінцева мета - [перенести цю технологію в] космос", - говорить він. "Це свого роду крок, великий крок на шляху створення космічних костюмів для комах-кіборгів. Наприклад, на дослідження поверхні Марса".
З цією метою дослідницька група має намір протестувати костюми тарганів у різних суворих умовах, з якими вони можуть зіткнутися на орбіті або поверхні такої планети, як Марс: дуже низькі й високі температури, вакуум та інтенсивне радіаційне опромінення. Однак космічним агентствам може не сподобатися ідея відправлення тарганів на Марс, оскільки це може призвести до зараження планети мікробами із Землі.
Алан Уінфілд з Університету Західної Англії каже, що концепція підводного плавання з тарганами може здатися дивною, але вона має очевидні застосування, наприклад, моніторинг навколишнього середовища.
"Були спроби створити дуже маленьких роботів, але проблема в батареях. У дуже маленького робота зазвичай дуже короткий термін служби батареї", – каже він. "Люди часто питали мене: які три головні проблеми мобільних роботів? І я відповідав: енергія, енергія та ще раз енергія".
Таргани не тільки значно ефективніші за роботів й здатні працювати довше без дозаправлення, але і можуть самостійно добувати собі їжу в дикій природі та працювати практично необмежено довго.
