Киборги-тараканы научились дышать под водой: новый шаг к исследованию катастроф

Группа исследователей из Японии и Сингапура создала киборгов-тараканов, способных передвигаться под водой благодаря миниатюрным 3D-печатным водолазным костюмам, что позволяет насекомым оставаться под водой до трех часов без негативных последствий. Эта технология объединяет биологию и робототехнику, превращая обычных тараканов в управляемых киборгов для работы в экстремальных условиях. Разработка может быть использована для поиска выживших в зонах землетрясений, обследования затопленных помещений и даже для исследования поверхности Марса.

Киборги-тараканы с водолазным снаряжением

Исследователи из Университета префектуры Осака (Япония) и Наньянского технологического университета (Сингапур) представили прототип киборга на основе мадагаскарского шипящего таракана (Gromphadorhina portentosa). Насекомое оснастили 3D-печатным полимерным панцирем, который герметично закрывает тело, оставляя свободными только конечности. Внутри корпуса размещены электронные компоненты: микроконтроллер, аккумулятор и приемник сигналов. Для управления тараканом используют электрическую стимуляцию нервной системы — сигналы подаются на антенны или церки (сенсорные придатки на брюшке), заставляя насекомое поворачивать или двигаться вперед. Водолазный костюм также содержит небольшой резервуар с воздухом, который таракан использует для дыхания через дыхальца — специальные отверстия на боках тела. В экспериментах насекомые провели под водой до трех часов и после этого не проявляли признаков стресса или повреждений.

Предыстория и контекст

Идея создания киборгов-насекомых не нова: первые эксперименты по управлению тараканами с помощью электродов проводились еще в 2010-х годах. Однако до сих пор все разработки были ограничены сухопутными условиями. Вода представляет серьезную проблему для электроники и дыхания насекомых. Предыдущие попытки сделать киборгов водонепроницаемыми были либо слишком громоздкими, либо ограничивали подвижность. Новый подход с 3D-печатным корпусом решает обе задачи: он легкий (всего несколько граммов) и не мешает таракану бегать, прыгать и даже переворачиваться, если тот упал на спину. Исследователи вдохновлялись природными водолазами — например, водными жуками, которые носят с собой пузырек воздуха. В перспективе рои таких киборгов смогут обследовать зоны катастроф, где доступ человеку или традиционным роботам затруднен.

Как работает управление тараканом под водой?

Управление киборгом-тараканом под водой практически не отличается от наземного. Микроконтроллер посылает электрические импульсы к нервной системе насекомого через тонкие провода, имплантированные в антенны или церки. Стимуляция одной антенны заставляет таракана поворачивать в противоположную сторону, а стимуляция церок — ускоряться. Под водой система работает так же, но из-за сопротивления воды скорость движения снижается примерно на 30%. Тем не менее, тараканы сохраняют способность маневрировать, обходить препятствия и даже карабкаться по наклонным поверхностям. Костюм герметичен и не пропускает воду к электронике, а воздушный резервуар обеспечивает газообмен через дыхальца. По словам исследователей, тараканы не испытывают дискомфорта и ведут себя естественно.

Технические детали и характеристики

Водолазный костюм напечатан на 3D-принтере из гибкого полимера и состоит из двух половинок, которые скрепляются на спине таракана. Внутри костюма находится полость для воздуха объемом около 1 мл, что достаточно для трехчасового пребывания под водой. Электронный блок включает микроконтроллер ESP32, литий-полимерный аккумулятор емкостью 50 мАч и Bluetooth-модуль для связи. Радиус управления — до 10 метров. Стимуляция осуществляется через тонкие серебряные провода диаметром 0,1 мм, имплантированные в нервные узлы. Вес всего устройства — около 5 граммов, что составляет примерно 30% от массы тела таракана (взрослая особь весит 15–20 граммов). Несмотря на дополнительный вес, тараканы сохраняют подвижность и могут нести на себе груз до 10 граммов. Разработчики отмечают, что костюм можно модифицировать для установки датчиков — камер, микрофонов или газоанализаторов.

Кого затронет и как

Технология в первую очередь интересна спасательным службам и исследователям экстремальных сред. Рои киборгов-тараканов могут быть развернуты в зонах землетрясений, обрушений зданий или наводнений для поиска выживших под завалами или в затопленных помещениях. Благодаря малым размерам и высокой проходимости, насекомые проникают в щели и полости, недоступные для собак-спасателей или колесных роботов. Кроме того, разработка может найти применение в военной сфере для разведки в подземных коммуникациях. В более отдаленной перспективе — исследование других планет: тараканы способны выживать в экстремальных условиях, а их киборгизация позволяет управлять ими дистанционно. Однако для реального применения необходимо решить проблемы автономности (сейчас аккумулятор работает около часа) и масштабирования (управление роем из сотен особей).

Что будет дальше

Исследователи планируют улучшить конструкцию костюма, увеличив время автономной работы до 6–8 часов, и добавить систему беспроводной подзарядки. Также ведется работа над алгоритмами роевого интеллекта, чтобы киборги могли координировать свои действия без постоянного участия оператора. В ближайшие год-два ожидаются полевые испытания в реальных зонах катастроф. Параллельно ученые изучают возможность использования других видов насекомых — например, жуков-чернотелок, более устойчивых к высоким температурам. Если технология докажет свою эффективность, через 5–10 лет рои киборгов-насекомых могут стать стандартным инструментом спасателей.

Итог

Создание водонепроницаемых киборгов-тараканов — значительный шаг вперед в области биоинспирированной робототехники. Эта разработка демонстрирует, как простая идея — 3D-печатный водолазный костюм для насекомого — может открыть новые возможности для поисково-спасательных операций и исследования труднодоступных сред. Если ученым удастся решить задачи энергоснабжения и координации роя, мы станем свидетелями появления первого поколения практических киборгов, работающих в интересах человека.