Cyborg-kakkerlakken in duikpak: insecten moeten levens redden
Een onderzoeksteam verandert reuzenkakkerlakken in op afstand bestuurbare cyborgs. Dankzij een minuscuul duikpak kunnen de robuuste bio-drones in de toekomst reddingsmissies uitvoeren, zelfs in diepe pijpleidingen en overstroomde rampgebieden.
Het idee om insecten met elektronica te modificeren en ze te gebruiken voor verkenning is niet nieuw. Levende kakkerlakken zijn relatief eenvoudig te besturen met energiepulsen en ze kunnen door smalle spleten en buizen kruipen die onbereikbaar zijn voor mensen of andere technische middelen. Maar ook kakkerlakken zijn afhankelijk van zuurstof. Ze kunnen niet overleven onder water of in een giftige atmosfeer.
Onderzoekers uit Singapore en Japan hebben daarom een waterdicht beschermingspak voor kakkerlakken ontwikkeld. De onderzoekers noemen de kakkerlakken cyborgs vanwege de combinatie van een levend wezen met elektronische componenten. De amfibische cyborg met duikpak bevindt zich momenteel nog in de prototype- en validatiefase. Sommige dieren hebben al praktische tests doorstaan.
Het basisidee achter het concept is om een op afstand bestuurbare, levende drone te ontwikkelen die op land en onder water kan werken. Mogelijke toepassingsscenario's zijn verkenning in rampgebieden en inspectie van pijpleidingen of andere smalle leidingsystemen.
De onderzoekers presenteerden hun ontwikkeling in juni in het wetenschappelijke tijdschrift «Nature».
Een duikpak isoleert de cyborg van de omgeving
Als «biologisch platform» gebruikt het team de Madagaskar sissende kakkerlak (Gromphadorhina portentosa). Dit is een grote kakkerlaksoort die een lichaamslengte tot 88 millimeter kan bereiken. Hij is robuust en kan met weinig energie elektronisch worden bestuurd. De afstandsbediening gebeurt via een minuscule microcontroller die de sissende kakkerlak als een rugzak op zijn rug draagt. Deze zet de digitale besturingscommando's om in elektrische prikkels en stuurt deze naar het bewegingsapparaat.
Het insect ademt door vier speciale openingen op het lichaam, de zogenaamde stigmata. Hier kan, net als bij menselijke duikers, zuurstof worden toegevoerd. Hierdoor kan het insect overleven in zuurstofarme omgevingen.
Het duikpak bestaat uit drie componenten: een flexibele hoes die aan het achterlijf van de kakkerlak wordt bevestigd, isoleert het insect van omgevingsinvloeden. Daarin is een passieve zuurstofgenerator ondergebracht die zuurstof produceert door de ontbinding van waterstofperoxide. Vier buigzame slangen leiden dit naar de stigmata. Daar worden ze met bijenwas vastgezet. Dit dicht de openingen tegelijkertijd af, zodat er geen water kan binnendringen.
In verschillende tests hebben de cyborgs op afstand hun prestaties gedemonstreerd. Zo moesten ze een 170 centimeter lange tunnel doorkruisen die zowel met CO2 gevulde gebieden als watergedeelten bevatte. In een vijver bewezen de cyborgs dat ze onder water door smalle rotsspleten kunnen kruipen.
Ze bereiken daarbij een hogere snelheid dan de meeste puur mechanische robots van vergelijkbare grootte: ze kunnen per seconde een afstand afleggen die overeenkomt met de lengte van hun lichaam. Dankzij het duikpak kunnen de cyborgs tot drie uur onder water overleven en beweeglijk blijven. Zonder het pak zouden de kakkerlakken na uiterlijk twee minuten stikken.
De wetenschappers geven aan dat de dieren na de tests niet hoeven te sterven: het beschermingspak kan weer worden verwijderd en de proefdieren werden daarna meerdere dagen geobserveerd. Volgens de onderzoekers hebben de cyborgs de tests overleefd en vertoonden ze normaal gedrag tijdens de observatieperiode. Ethische vragen hierover worden door de auteurs van de studie niet behandeld.
Toekomstmuziek: autonomie in plaats van afstandsbediening
Momenteel moeten de cyborgs voor de afstandsbediening nog van buitenaf worden bewaakt. Er is geen camera die beelden naar de besturende persoon stuurt. De praktische tests vonden dan ook plaats onder zichtcontact.
In de toekomst is het de bedoeling om de dieren niet meer op afstand te besturen, maar ze autonoom te laten werken met mini-computers op hun rug. De huidige uitrusting, dus de elektronische besturing en het beschermingspak, weegt 6,2 gram. Met een draagvermogen van 15 gram kunnen de kakkerlakken nog eens 8,8 gram nuttige lading transporteren. Een «onboard mensendetectie», oftewel sensoren die reageren op warmte en geluiden, zou de looprichting van de cyborg kunnen bepalen. Met dergelijke sensoren voor de kakkerlak-carrier houden andere onderzoeksprojecten zich momenteel bezig.
Voelt zich net zo thuis voor de spelcomputer als in de hangmat in de tuin. Houdt onder andere van het Romeinse Rijk, containerschepen en sciencefictionboeken. Bovenal speurt hij naar news uit de IT-sector en slimme dingen.
Van de nieuwe iPhone tot de wederopstanding van de mode uit de jaren 80. De redactie categoriseert.
Alles tonen
