Тараканов-киборгов обучили дышать под водой с помощью миниатюрных водолазных костюмов

Новая эра биороботов

Исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре под руководством профессора Хиротаки Сато разработали уникальное решение для управляемых тараканов-киборгов, позволяющее им функционировать под водой.

Технология водолазного снаряжения

Костюм изготовлен методом 3D-печати из смолы и представляет собой гибкую водонепроницаемую оболочку размером 10×10 миллиметров. Устройство защищает брюшные дыхальца таракана от попадания воды, одновременно сохраняя доступ грудным стигмам для движения ног. Тонкие силиконовые трубки соединяют костюм с дыхальцами, через которые подается кислород.

Вместо тяжелых баллонов сжатого газа инженеры использовали инновационный подход к генерации кислорода. Внутри костюма размещена губка с диоксидом марганца, реагирующая с перекисью водорода. При каталитической реакции образуется кислород, который направляется непосредственно к дыхательным путям насекомого.

Результаты испытаний

Во время экспериментов пятеро мадагаскарских шипящих тараканов успешно погружались на глубину до 50 сантиметров. На суше тараканы-киборги в водолазных костюмах развивали среднюю скорость 87,5 миллиметра в секунду, а под водой — 78,4 миллиметра в секунду. Разница в скорости оказалась незначительной.

Наиболее впечатляющим показателем стала продолжительность работы под водой — до трех часов непрерывного функционирования без каких-либо негативных последствий. Через три дня после завершения испытаний все пять насекомых, находившихся под наблюдением, оставались полностью здоровыми.

Преимущества перед роботами

По словам профессора Алана Уинфилда из Университета Западной Англии, создание крошечных роботов сталкивается с фундаментальной проблемой — энергопитанием. «У крошечного робота срок работы от аккумулятора, как правило, крайне мал. Меня не раз просили: назови три главные проблемы мобильных роботов. И я отвечал: энергия, энергия и еще раз энергия», — пояснил ученый.

Тараканов-киборгов превосходит традиционные роботы рядом параметров: они обладают встроенной системой передвижения, способны работать долгое время без «дозаправки» и даже могут самостоятельно добывать пищу в естественной среде. Это позволяет функционировать практически бесконечно, тогда как полностью механический аналог требовал бы сложнейших алгоритмов и колоссальных затрат энергии.

Перспективы применения

Рои тараканов-водолазов найдут применение для разведки в зонах бедствий, особенно после наводнений, когда пути в завалах и узких щелях часто затоплены. Также их можно использовать для инспекций трубопроводов и других труднодоступных мест, где традиционным роботам сложно добраться.

Ранее команда Сато уже научилась дистанционно управлять тараканами с помощью электродов, подключенных к их сенсорным органам, а в 2024 году продемонстрировала скоординированную работу роя из 20 тараканов-киборгов, оснащенных инфракрасными датчиками.

«Конечная цель — вывести эту технологию в космос. Это своего рода первый серьезный шаг к созданию скафандров для киборгов-насекомых. Для исследования поверхности Марса, например», — объясняет профессор Сато. Исследователи планируют протестировать костюмы в экстремальных условиях, включая низкие и высокие температуры, вакуум и интенсивную радиацию, которые могут встретиться на орбите или поверхности планет.

Однако космические агентства могут не одобрить идею отправки тараканов на Марс из-за риска биологического заражения планеты земными микроорганизмами. Работа опубликована в журнале Nature Communications.