Американські інженери розробили медузу-кіборга, оснащену електродами для електростимуляції м’язів, що розширюють її рухові можливості. Напівеліптичний обтічник, прикріплений до купола “медузи”, збільшив швидкість біогібриду в 4,5 рази, як детально описано в препринті на arXiv.org.
Серія послідовних кадрів з медузою, яка пливе, S. R. Anuszczyk and J. O. Dabiri / arXiv, 2023
Тварини часто надихають інженерів в робототехніці завдяки їх еволюційно вдосконаленим методам пересування. Незважаючи на успіхи в копіюванні цих методів, природні організми все ще перевершують штучні аналоги за ефективністю. Альтернативний підхід передбачає управління живими організмами, щоб вони функціонували як кіборги, виконуючи бажані дії та команди. Попередні експерименти успішно контролювали жуків, бабок та тарганів за допомогою електричної та оптичної стимуляції м’язів та органів чуття.
У 2020 році американські дослідники навчилися керувати морськими медузами за допомогою електродів, імплантованих у їх плавальні м’язи. Електрична стимуляція збільшила швидкість місячної медузи (Aurelia aurita) в 2,8 рази. Дослідники Саймон р. Анушчик та Джон Дабірі з Каліфорнійського технологічного інституту вдосконалили цю конструкцію, зберігаючи той самий метод електростимуляції електродами в м’язах медузи. Використовувалися прямокутні імпульси частотою 0,5 Гц і тривалістю 10 мілісекунд при напрузі 3,7 вольта.
Прикріплення 3D-друкованого напівеліптичного пластикового обтічника до купола медузи змінило потік води навколо її тіла, ще більше збільшивши швидкість руху. Обтічник прикріплений до дерев’яного стрижня, що проходить через медузу, і з’єднується на іншому кінці з водонепроникним контейнером, в якому знаходиться бортова Електроніка, мікропроцесор і акумулятор. Інженери досягли невеликої позитивної плавучості, щоб компенсувати вагу обтічника.
- Новий фотонний чип обробляє 100 млрд пікселів за 6 наносекунд
- Майбутнє вже настало: 10 новітніх технологій, які більше не є фантастикою
- В Австралії придумали, як генерувати сонячну енергію вночі
Експерименти проводилися у вертикальному резервуарі висотою шість метрів, що містить 13 600 літрів солоної води. Як і в попередньому дослідженні, дослідники використовували місячних медуз, яким не вистачає центральної нервової системи та ноцицепторів, що, мабуть, не викликає болю під час експериментів. Медуз випускали у верхній частині акваріума і електростимулювали, щоб вони пливли вниз. Найбільше збільшення швидкості спостерігалося при використанні обтічника, висота якого дорівнювала діаметру підстави, що збільшувало швидкість медузи-кіборга в 4,5 рази в порівнянні зі звичайним плаванням.
(A) 1 – купол медузи, 2 – контейнер з плавальним контролером і батареєю, 3 – електроди, імплантовані в м’язову тканину, 4 – дерев’яний стрижень, який з’єднує електроніку з тілом медузи, 5-6-7-обтічник, (b) Медуза-кіборг з прикріпленим напівеліпсоїдом зі співвідношенням сторін 1. Чорним кольором виділено контур тіла тварини. S. R. Anuszczyk and J. O. Dabiri / arXiv, 2023
Вільний простір обтічника, що становить близько 105% обсягу “медузи”, дозволяє розмістити додаткове корисне навантаження, таку як велика батарея на термін до 22 тижнів експлуатації і датчики для вимірювання параметрів навколишнього середовища. Цю біогібридну медузу можна було б використовувати для практичних океанічних досліджень протягом тривалого часу, навіть на великих глибинах.