Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Robo Roach

Vika aruanne: RoboRoach võtab pärast avalikku demot Woods Hole'is, Mass.

Sa ärkad üles sooviga teha närvikonstruktsioone. Te avate oma putukate terraariumi, tuua välja oma lemmiklooma õitsemise mardikad, su tubakamulli või oma prussakad ja lülitage sisse lüliti putuka seljale. Kaugjuhtimispuldiga alustate oma putukate juhtimist ruumi ümber.

Kuigi see võib tunduda ulme, on kaugjuhtimisega putukad olnud umbes 15 aastat. Alates 1990. aastate lõpust saavutasid kaks uurijate rühma (Tokyo Ülikoolis ja Michigani Ülikoolis) algupärast kontrolli prussakate pööramise üle. Ameerika tööd viidi lõppeesmärgini, et luua „hübriidrobotid”, mis suudaksid katastroofiabi ja seire teostada. Töö avaldati väikestes ajakirjades ja sai mõningast ajakirjandust, kuid jäi suures osas märkamatuks. Lõpuks kaob teadustöö, teadlased töötasid teiste seiklustega.

Aastaid hiljem saavutasid veel kaks ülikooli (Cornell ja UC Berkeley) märkimisväärseid edusamme ja vaatasid oma kontseptsioonitööle lendavate mardikate ja koidega, kasutades kaasaegseid väikese elektroodi disaini ja uuenduslikke kirurgilisi tehnikaid.

Cool? Imelik? Revolutsiooniline? Hirmutav? See sõltub teie dispositsioonist. Võib-olla olete inspireeritud nendest putukate küberidest ja soovite töötada ka selliste katsete puhul. Kahjuks, kui te ei viibi ühes neist neljast uurimislaborist (kokku võib-olla 15 inimest maailmas), ei ole teil ligipääsu roboti putukate liidese ehitamiseks vajalikele ulatuslikele seadmetele ja valitsuse rahastamisele.

DIY roboti putuka liides

Heli täiesti ebaõiglane? Oled õnne. Viimase kahe aasta jooksul oleme Backyard Brainsis töötanud selleks, et muuta neurotehnoloogia eelnevalt kindlaks ainult kõrgtehnoloogilistes laborites, mis on kättesaadavad igas vanuses õpilastele (hästi, peamiselt üle 12-aastased). Tehes seadmeid, mis on odavad ja kergesti kasutatavad, anname kõigile võimaluse teha neurokatsetusi ja kiirendada meie arusaamist närvisüsteemist.

Oma viimase projekti jaoks soovisime arendada ülihea hinnaga „RoboRoach”, et näidata üliõpilastele neurostimulatsiooni põhimõtteid. See projekt algas vanemate projekteerimisülesannetena, mida juhtisime ja sponsoreerisime Michigani ülikoolis 2010. aastal. Kulude tõttu ei tahtnud ehitada omaenda kaugjuhtimisskeeme nullist, nii et me puhastasime mänguasjade kauplusi väikseima, kergema odavam kaugjuhtimispult, mida me võiksime leida (raske töö, kuid keegi peab seda tegema). Me asusime Hexbug Inchworm'ile, kuna ringlus on kerge (1 gramm), töötab ainult 3 volti (nii et saame kasutada väikest mündi lahtri akut), on 2 vabadusastet ja maksab ainult 20 dollarit.

RoboRoachi juhtimiseks eemaldasime ringi mänguasjast ja andsime mootorikontrolleri väljundi prussakana antennidesse, kasutades väga õhukesed hõbedast juhtmed (läbimõõduga 0,003 ″ või 40 gabariiti). Antennide sees olev närvikoe meeldib bifaasilistele impulssidele (nii + kui ka ruudukujulised impulsid), kuid Hexbug juhib oma mootorid alalisvooluga (alalisvooluga). Me saime selle signaali teisendada, kasutades kõige tavalisemat eksisteerivat taimerit, 555 (tegelikult väikese võimsusega nõbu, 551). Taimeri kiibi konfigureerimine astable režiimiks ja kondensaatori paigutamine väljundisse (DC-nihke eemaldamine) võimaldasime stimulaatorahelal pakkuda 55 Hz impulsse. See on õige vahemikus, mida neuronid eelistavad.

Lõplik kogupakett, mis sisaldab pistikut, 2016. aasta aku, meie kohandatud 551 vooluahela ja Hexbug platvorm, kaalub 7 grammi. Suure prussakaga, mis kaalub 3 grammi, võib 10 minuti jooksul läbi viia 9 grammi ülespoole. Seljakott on eemaldatav, nii et prussakas kannab seda ainult ajutiselt (kui seda ei ole ühendatud, võib viga vabalt süüa värskeid salateid, juua vett, teha lapsi, sõita pimedas ja teha seda, mida ikka prussakad teevad ja mõtlevad).

Kuidas juhtida prussakat

Selleks, et prussakas jooksmisel pöörduda, kasutame ära selle loomulikku mootori käitumist. Prussakad meeldivad seina kõrval. Kui nende antenn harjab vastu, pöörduvad nad paralleelselt sellega. See on osa nende „põgenemismehhanismist”. Kahefaasilised impulsid trikkivad vea mõtlema, et ta tundis harja ühel oma antennil, stimuleerides närve, mis tavaliselt juhivad teavet antenni puudutavate asjade kohta. Impulsid põhjustavad närvide elektriliste sõnumite (nn „naelu”) tulekahju ajusse. Lõpptulemuseks on see, et prussakas pöörab antenni, mida aktiveerime stimulatsiooni teel, vastupidises suunas.

Bioloogidena peame rõhutama, et prussakad ei ole tegelikult robotid. Neil on täielikult toimiv närvisüsteem, mis näitab mõningaid suurepäraseid omadusi, nagu õppimine ja kohanemine. Põhjus

uurimistööd ei ole kunagi lõpuks edasi lükatud, et putukad õpivad lõpuks stimuleerimist ignoreerima. Meie aju (nagu ka nende ajad) eirab lõpuks asju, millel pole käitumuslikku tähtsust (asjad, mis ei kahjusta ega aita meid). Umbes 10 stimulatsiooniuuringu tulemusena vähenes prussakate pööramise vastus märgatavalt ja lõpeb lõpuks kokku.

Aga - kui prussak pannakse paari tunni jooksul tagasi oma puuris, unustab see ja stimulatsioon jälle toimib. Umbes nädala pärast lõpetab stimulatsioon täielikult. Me ei tea, miks, aga me kahtlustame, et see on tõenäoliselt tingitud elektroodide bioloogilisest ladestamisest.

RoboRoachi komplekt

Peale selle, me oleme õnnelikud, et teatame, et pärast aasta kestnud arendustööd on meil töötavad prototüübid ja me hakkame näitama ja levitama meie kaugjuhtimispuudega prussakomplekte amatööridele, keskkoolidele ja ülikoolidele. Samuti oleme uhked, et projekt oli täielikult iserahastatav ning prototüüpide kogumaksumus (mis ei hõlma muidugi ajupotentsiaali ja tööjõudu) viimase aasta jooksul oli 1000 dollari naabruses.

Nendele bio-robotitele on tõelised hariduslikud eelised. Samu RoboRoachis kasutatavaid meetodeid kasutatakse ka sügava aju stimuleerimisel (DBS) Parkinsoni tõve raviks ja kookulaarsetes implantaatides, et taastada kurtide kuulmist. Need kliinilised seadmed on endiselt suhteliselt toorained ja neil on palju arenguruumi. Kui üha enam noori insenerid ja bioloogid töötavad neuroloogiliste liideste probleemide lahendamisel, võib tekkida renessanss neurotehnoloogias ja närvisüsteemi vaevuste ravis.

Loodame, et see, mida pidime maksma maksumaksja raha ja aastaid kõrgkoolis õppima (st imetajate aju neurofüsioloogia), saab järgmise 20 aasta jooksul kättesaadavaks ja üldiseks keskkooliõppeks.

Kui soovite rohkem teada saada, külastage meid aadressil roboroach.backyardbrains.com.

Osa

Jätnud Kommentaari