Зустрічайте 5 типів роботів з живими частинами тілаКетрін Хулік< 20 лютого 2025
Ніколь Сю просунула руку в пінопластовий резервуар, щоб схопити живу медузу-місячник.
Швидко й обережно вона вставила в тварину крихітний електронний пристрій.
«Це вимагає трохи практики»,—каже вона.
«Але як тільки ви знаєте, як це зробити, це дуже просто і дуже швидко».
Сю—інженерка в Університеті Колорадо в Боулдері.
Вона передала медузу парі дайверів, які чекали на мілководді біля океанського пірсу в Вудс-Хоулі, штат Массачусетс. Дайвери спустили тварину на дно океану, а потім відпустили. Швидко вона виплила на поверхню.
Холодці плавають, і прокачують воду через своє тіло.
Пристрій, який вставила Сю, використовував електрику, щоб штовхнути м’язи медузи, аби вони рухались швидше.
Вона досяг поверхні вдвічі швидше, ніж зазвичай.
Під час лабораторних тестів пристрій втричі збільшив швидкість тварин.
Завдяки імплантату, що підвищує швидкість, ця медуза є біогібридним роботом.
Це означає, що вона містить електроніку, яка взаємодіє з живою системою.
Дослідники створюють біогібридних роботів із різноманітними живими частинами.
Вони експериментували з вусиками комах, людською шкірою та м’язовою тканиною, жуками-таблетками, грибками тощо.
Поєднання технологій і живих частин може здатись моторошним або дивним.
Але організми еволюціонували, щоб виконувати певні завдання протягом мільйонів років.
У багатьох випадках це дозволяє їхнім тілам робити те, що залишається важким або навіть неможливим для машин.
За допомогою поєднання біології та інженерії, ви можете «створювати роботів із можливостями, які перевершують традиційні машини»,—каже Шодзі Такеучі.
Він розробляє біогібридних роботів у Токійському університеті в Японії.
Медузи-кіборги—це лише початок.
Ось деякі з найдивовижніших, але дуже реальних прикладів комбо істота-машина—і типи завдань, для виконання яких вони можуть унікально підходити.
1.
Медузи-кіборги-дослідникиСю є великою шанувальницею медуз.
Її стіни прикрашають постери та твори мистецтва із зображенням тварин.
Вона також займається будівництвом більшого акваріуму для медуз для своєї лабораторії.
"Він буде стояти у вікні та буде достатньо великим, щоб вмістити «медузу розміром з обідню тарілку",—каже вона.
Довгострокова мета Сю—перетворити команди кіборгів-желе в дослідників океану.
«Ми могли б розсіяти їх у цікавому регіоні в океані, попросити їх зібрати для нас дані, а потім повернутися, щоб передати дані»,—каже вона.
Живі тіла желе рухатимуться.
Їхні електронні частини керували б цим рухом і збирали дані.
Є кілька причин, чому медузи-кіборги можуть бути кращими для цієї роботи, ніж звичайні роботи.
По перше, місячна медуза—«найбільш енергоефективна тварина у світі»,—каже Сюй.
Це означає, що він забезпечує свої рухи меншою енергією, ніж будь-яка інша істота.
Механічні роботи, навпаки, є енергетичними свинями.
Звичайні підводні роботи споживають у 10-1000 разів більше енергії для свого розміру, ніж біогібридні желе Сю.
Крім того, стандартні роботи, як правило, відлякують морських істот своїм шумом і світлом.
Але місячне желе поширене в океанах по всьому світу.
«Наша роботизована система не злякає різних тварин»,—каже Сю.
Експерименти з тваринами пов’язані з важливими обов’язками. Дослідники повинні враховувати добробут тварин.
Сю зазначає, що медузи—це «дуже прості системи».
У них немає мозку або больових рецепторів.
Тому їм не зашкодить оснащення роботизованими деталями.
І вони, напевно, не розуміють, що їхні рухи контролюються. Тим не менш, її команда обережно дає тваринам відпочити та відновитись між експериментами.
Поїздка Сю до Вудс-Гоулу відбулась в 2019 році.
Тоді вона була аспіранткою, працювала з Джоном Дабірі.
Він інженер, який керує лабораторією в Каліфорнійському технологічному інституті в Пасадені.
Тепер обидві їхні лабораторії виявляють медуз.
Команда Дабірі розміщує датчики в стильному капелюсі для тварин.
Датчики вимірюють температуру води та хімічний склад. Дерев’яна шпилька, вставлена через медузу, з’єднує датчики з пластиковою кришкою, та утримує все на місці.
Форма капелюха також сприяє збільшенню швидкості плавання тварини.
Тим часом лабораторія Сю шукає спосіб спрямувати медуз, куди їм йти.
Пристрій, який вона випробувала в 2019 році, міг лише змусити медузу підніматись або опускатись.
«Токарня—це надзвичайно складна проблема,—каже вона.
Це «через те, як делікатно плавучість медузи збалансована з навколишньою водою».
Один із варіантів, який розглядає її команда, буде працювати як поводи коня.
Зважування тварини в тому чи іншому напрямку може змусити її повернути.
2. Комашині антени-улавлювачі запахуВ Тель-Авівському університеті в Ізраїлі Амір Аялі доглядає за колонією сарани.
Він вивчає мозок і поведінку комах.
А останнім часом він розробляє технології на основі комах.
«Якщо ви шукаєте натхнення в природі для своїх інженерних або технологічних інновацій, комахи—чудове місце для пошуку»,—каже він.
Сарана—дуже тихі тварини, але «трохи смердючі»,—каже він. Вони також добре відчувають запахи.
У сарани немає носа, як у нас.
Але вусики, які простягаються від їхніх головок, сприймають запахи.
Насправді сарана «набагато, набагато краще» відчуває запахи, ніж найкращі роботизовані носи, каже Аялі.
У 2023 році його команда представила автомобіль-робот, який використовує антену сарани, щоб винюхати запахи.
Дістати антену легко.
«Ми дуже акуратно вирізали антену з сарани»,—каже Аялі.
Ця комаха «може щасливо вижити» лише з однією антеною.
А розірвана антена залишається живою та здатна сприймати приблизно 12 годин—або довше, якщо зберігати її на холоді.
Коли в антену проникають різні запахи, вона реагує електричними сигналами.
Зазвичай ці сигнали надходять до мозку сарани.
Всередині робота електроди вловлюють сигнал.
Далі програмне забезпечення машинного навчання розпізнає унікальні моделі різних запахів.
«Ми підслуховуємо інформацію»,—каже Аялі.
Робот на базі комах, створений у Вашингтонському університеті в Сіетлі, використовує антену молі для виявлення запахів.
І воно літає.
Творці називають його Запахолікоптер (Smellicopter).
Робот Аялі навчився розпізнавати вісім чистих ароматів, включно з лимоном, розмарином і ваніллю.
Він також міг ідентифікувати запахи, коли вони були змішані з іншим ароматом.
Для цих експериментів команда представила всі запахи досить близько до антени.
Зараз вони модифікують робота, щоб він міг виявляти сліди запахів і слідувати за ними.
Згодом, як сподівається Аялі, такий біогібридний робот може допомогти винюхувати бомби чи заборонені наркотики.
Або це може допомогти знайти тих, хто вижив після стихійного лиха.
Коли антена, яку він використовує, зношується, Аялі уявляє, що оператори робота можуть просто вставити нову.
3. Органічноспритні зачіпленняРоботам дуже важко підбирати предмети.
Але багато тварин можуть легко зачепитись за різноманітні поверхні—навіть за делікатні чи слизькі.
Дослідники створили джгути для цих маленьких живих істот і прикріпили кожну з них до кінця руки робота.
Жук-таблетка схопив шматочок вати.
Молюск налетів на шматки пластику та дерева під водою, і підняв предмети.
Хоча тварини добре хапали речі, змусити їх відпустити було не так просто.
Зараз дослідники шукають способи краще контролювати природні рефлекси тварин.
Команда опублікувала статтю про своє дослідження на arXiv.org у 2023 році.
У цьому проекті дослідники не вперше використовували цілих тварин для захоплення речей.
У 2022 році команда з Університету Райса використала мертвих павуків як роботизовані захвати.
Вони придумали доречно моторошний термін «некроботика», щоб описати цей тип механізмів, заснованих на мертвих тілах. Проте тіла мертвих павуків були крихкими.
Живі тіла або їх частини, як правило, досить міцні.
Вони можуть рости і відновлюватись самі.
Команда японських дослідників вирішила використати жуків-таблеток і молюсків працювати як роботизовані руки.
Жуки-таблетки мають чотирнадцять крихітних ніжок, які легко хапаються за дуже легкі або крихкі предмети.
А молюски мають неймовірну силу всмоктування.
Вони можуть захоплювати всі види різних матеріалів під водою.
4. Плавальні клітини з серцебиттямІнженер Су Рьон Шін створює не просто біогібридних роботів.
Вона їх вирощує.
Ті, над якими вона зараз працює, «виглядають як метелик»,—каже Шін, який керує лабораторією в Гарвардській медичній школі в Кембриджі, штат Массачусетс.
Хіроюкі Тецука, науковий співробітник лабораторії Шина, допоміг розробити цих плавальних роботів.
Роботизована частина «метелика» являє собою квадратний пристрій розміром з ніготь.
Щоб перетворити цей компонент на біогібридного робота, Шін 3D друкує на ньому два крила.
Крила виготовлені з розробленого нею гелеподібного матеріалу, який містить частинки, які прискорюють ріст клітин.
Далі Шін поміщає крилатий пристрій у чашку Петрі з рідиною, яка може підтримувати життя людських клітин.
Вона вкраплює його тут і там клітинами серця.
Вона також додає нейрони.
Хоча нейрони, можливо, найбільш відомі тим, що живлять мислення в мозку, ці клітини існують у всьому тілі.
Нейрони в роботах Шіна походять із людських м’язів.
Там вони контролюють рух.
Обидва типи живих клітин діляться і ростуть, щоб охопити всю форму метелика.
Тепер Шін може керувати роботом за допомогою бездротових сигналів з телефону.
Ці сигнали спонукають пристрій зарядити електрикою клітини лівого або правого крила.
Коли нервові клітини блокуються, вони запускають серцеві клітини поблизу.
Це змушує робота махати крилами та плавати.
За словами Шіна, пряме замикання клітин серця потребує більшої потужності та досить великого бездротового пристрою. Мережа, схожа на живий мозок, ефективніше керує роботом.
Такого змішування нейронних клітин і клітин серця не існує в природі.
Але це працює.
Додати живі клітини до своїх роботів Шин надихнув інший дослідник, Кевін Кіт Паркер.
Лабораторія Паркера знаходиться неподалік Гарвардського інституту стовбурових клітин у Кембриджі.
Він також виростив маленькі плавальні біогібриди з клітин серця.
Один схожий на рибу.
Паркер і Шин мають амбітні кінцеві цілі своєї роботи. Крихітні плавці—лише одна зупинка на цьому шляху.
Вони сподіваються колись виростити нові серця чи інші частини тіла кіборга для людей.
Ці частини тіла міститимуть живі клітини та роботизовані частини, які стимулюватимуть природний ріст і рух тканини.
Щоб дістатись туди, каже Шін, «потрібно буде багато часу».
5. Скін людини для андроїдівКоли ви уявляєте робота, ви, ймовірно, думаєте про блискучий метал, а не про живу шкіру.
Однак колись роботи можуть носити шкіру так само, як ми.
Шодзі Такеучі та його команда знайшли спосіб прикріпити живу людську шкіру до робота.
Роботизована конструкція може рухатись, розтягує шкіру в посмішку.
Якщо ви думаєте, що це надзвичайно моторошно, ви не єдиний.
«Я розумію, чому деякі люди можуть почуватись неспокійно»,—каже Такеучі.
Робот, схожий на обличчя, потрапляє в те, що робототехніки називають
https://www.wikiwand.com/uk/articles/Моторошна_долина .
(Незвичайний—інше слово, для позначення "моторошного" або "дивного".)
Коли робот, лялька чи інший персонаж виглядає не зовсім людиною, це може викликати у людей дискомфорт.
«Я не вважаю це моторошним, тому що вважаю це науковим досягненням»,—каже Такеучі.
Щоб створити цього робота, його команда спочатку створила поверхню, заповнену V-подібними отворами.
Потім дослідники додали клітини шкіри.
Ці клітини виросли, щоб покрити поверхню та заповнити отвори.
«Цей процес зазвичай займає близько двох тижнів, щоб шкіра повністю сформувалася»,—каже Такеучі.
Клітини, які виросли всередині отворів, діяли як якір, щоб утримувати поверхню шкіри на місці.
Навіщо будувати робота з живою шкірою?
Такеучі має багато ідей. Жива шкіра відновлюється сама.
Таким чином, робот зі шкірою може відновлюватись після пошкодження, чого не може зробити метал.
Однак його довгострокова мета—роботи, які будуть більш реалістичними.
Робот зі шкірою міг би робити більше людських виразів.
Це може змусити людей почуватисяь комфортніше поруч із роботами.
Роботи, які краще взаємодіють з людьми, «можуть бути корисними в сфері охорони здоров’я, спілкування та обслуговування клієнтів»,—каже Такеучі.
Прямо зараз шкіру потрібно занурити в спеціальну рідину, щоб зберегти клітини живими.
І він не має відчуття дотику.
У майбутньому Такеучі сподівається додати кровоносні судини, які допоможуть зберегти шкіру живою.
Тоді йому не доведеться сидіти в рідині.
Він також хоче дати шкірі здатність відчувати дотик і температуру.
Чи воно живе?Для Шина найважливішим застосуванням біогібридної робототехніки є підтримка здоров’я людини.
Біогібридні роботизовані тканини можуть стати частиною нашого тіла.
Зворотна ідея, додавати частини людського тіла до роботів, які виконують роль компаньйонів або робітників, здається Шіну трохи страшною.
Інженери біогібридів «повинні ретельно про це подумати»,—каже вона.
Вона не хотіла б, щоб до людських тіл ставились як до матеріалу.
Використання частин тіла простих тварин у робототехніці не є таким суперечливим.
Але все ж важливо враховувати вплив на цих живих істот.
Може здатись, що жуки, медузи та молюски не здатні піклуватись про те, як ми використовуємо їхні тіла. Але що, якщо ми помиляємось?
Деякі дослідники виявляють, що такі істоти можуть мати більше обізнаності та почуттів, ніж очікувалось.
Живі роботи також взаємодіють із навколишнім середовищем.
Що, якби медузу, оснащену електронікою, з’їли?
Сю сподівається розробити біорозкладану електроніку, яка не завдасть шкоди іншим тваринам і не забруднює океан.
Біогібридні роботи стирають межу між машиною та живою істотою.
Очевидно, кіборги-медузи ще живі. Але більшість біогібридів насправді не підходять ні до однієї категорії, ні до іншої.
Шін каже про свого бота, покритого клітинами серця: «це не істота».
Але це теж не типовий робот.
А як ви думаєте?
https://www.snexplores.org/article/5-biohybrid-robots-living-tech
