Robo Roach - 💡 Fix My Ideas

Robo Roach

Robo Roach


Συγγραφέας: Ethan Holmes, 2019

Έκθεση σφάλματος: Ένα RoboRoach παίρνει μια καλά άξιζε διάλειμμα μετά από μια δημόσια demo σε ένα καφέ στο Woods Hole, Mass.

Ξυπνάς με την επιθυμία να κάνεις κάποια νευρική μηχανική. Εσείς ανοίγετε το terrarium του εντόμου σας, βγάζετε το σκουλαρίκι λουλουδιών κατοικίδιων ζώων σας, τον σκώρο του καπνού σας ή την κατσαρίδα σας και ενεργοποιείτε ένα διακόπτη στην πλάτη του εντόμου. Με το τηλεχειριστήριό σας, αρχίζετε να κατευθύνετε το έντομο σας γύρω από το δωμάτιο.

Παρόλο που αυτό μπορεί να ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, τα εντομοκτόνα με τηλεχειρισμό βρίσκονται εδώ και 15 χρόνια. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, δύο ομάδες ερευνητών (στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο και στο Πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν) πέτυχαν στοιχειώδη έλεγχο της στροφής των κατσαρίδων. Το αμερικανικό έργο αναλήφθηκε με απώτερο στόχο τη δημιουργία "υβριδικών ρομπότ" ικανών να επιτηρούν την παρακολούθηση και την αναγνώριση των καταστροφών. Οι εργασίες δημοσιεύθηκαν σε περιοδικά μικρών εμπορικών εκδόσεων και έλαβαν κάποιο τύπο, αλλά παρατήρησαν σε μεγάλο βαθμό απαρατήρητες. Η έρευνα τελικά ξεθωριάζει, με τους επιστήμονες που εργάζονται σε άλλες περιπέτειες.

Χρόνια αργότερα, δύο ακόμα πανεπιστήμια (Cornell και UC Berkeley) πέτυχαν αξιοσημείωτη επιτυχία και πίεσαν για την απόδειξη της ιδέας των εργασιών τους σε σκαθάρια και σκώρους χρησιμοποιώντας μοντέρνα σχεδίαση μικρών ηλεκτροδίων και καινοτόμες χειρουργικές τεχνικές.

Δροσερός? Περίεργο? Επαναστατικός? Φρικιαστικός? Εξαρτάται από τη διάθεσή σας. Ίσως να είστε εμπνευσμένοι από αυτά τα cyborgs εντόμων και θέλετε να εργαστείτε σε τέτοιου είδους πειράματα επίσης. Δυστυχώς, αν δεν είστε σε ένα από αυτά τα τέσσερα ερευνητικά εργαστήρια (συνολικά ίσως 15 άτομα στον κόσμο), δεν θα έχετε πρόσβαση στον εκτεταμένο εξοπλισμό και τη χρηματοδότηση της κυβέρνησης που απαιτείται για την κατασκευή της διεπαφής για τα έντομα ρομπότ.

Μια διεπαφή εντόμων ρομπότ DIY

Ακούγεται εντελώς άδικο; Έχετε τύχη. Τα τελευταία δύο χρόνια, εμείς στο Backyard Brains εργαζόμαστε για να φτιάξουμε νευροτεχνολογία που προηγουμένως βρισκόταν μόνο σε προηγμένα ερευνητικά εργαστήρια που ήταν διαθέσιμα σε μαθητές όλων των ηλικιών (καλά, κυρίως πάνω από την ηλικία των 12 ετών). Κάνοντας εξοπλισμό που είναι φτηνός και εύκολος στη χρήση, καθιστούμε δυνατό για όλους να κάνουν νευρο-πειράματα και να επιταχύνουν την κατανόηση του νευρικού συστήματος.

Για το τελευταίο μας έργο, θέλαμε να αναπτύξουμε ένα εξαιρετικά χαμηλού κόστους "RoboRoach" για να επιδείξουμε τις αρχές της νευροδιέγερσης στους μαθητές. Αυτό το έργο ξεκίνησε ως ανώτερη εκπόνηση σχεδιασμού που διαχειριζόμασταν και χρηματοδοτήσαμε στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν το 2010. Για λόγους κόστους, δεν θέλαμε να κατασκευάσουμε τα δικά μας κυκλώματα τηλεχειρισμού από το μηδέν, έτσι καθαρίσαμε τα καταστήματα παιχνιδιών για τα μικρότερα, ελαφρύτερα, φθηνότερο κύκλωμα τηλεχειρισμού θα μπορούσαμε να βρούμε (μια σκληρή δουλειά, αλλά κάποιος πρέπει να το κάνει). Εγκαταστήσαμε το Hexbug Inchworm, καθώς το κύκλωμα είναι ελαφρύ (1 γραμμάριο), λειτουργεί μόνο με 3 βολτ (έτσι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια μικρή μπαταρία με κέρματα), έχει 2 βαθμούς ελευθερίας και κοστίζει μόνο 20 δολάρια.

Για να κατευθύνουμε το RoboRoach, αφαιρέσαμε το κύκλωμα από το παιχνίδι και τροφοδοτήσαμε την έξοδο του ελεγκτή κινητήρα στις κεραίες κατσαρίδας χρησιμοποιώντας πολύ λεπτά ασημένια σύρματα (0,003 "σε διάμετρο ή 40 gauge). Ο νευρωνικός ιστός μέσα στις κεραίες αρέσει στους διφασικούς παλμούς (και τους τετραγωνικούς παλμούς + και -), αλλά ο Hexbug τροφοδοτεί τους κινητήρες του με DC (συνεχές ρεύμα). Ήμασταν σε θέση να μετατρέψουμε αυτό το σήμα χρησιμοποιώντας το πιο συνηθισμένο χρονοδιακόπτη, το 555 (στην πραγματικότητα, ξαδέλφη χαμηλής ισχύος, το 551). Με τη ρύθμιση του τσιπ χρονοδιακόπτη σε λειτουργία ασταθούς λειτουργίας και την τοποθέτηση ενός πυκνωτή στην έξοδο (αφαιρώντας την μετατόπιση DC), επιτύχαμε το κύκλωμα διεγέρτη να παράγει παλμούς 55Hz. Αυτό είναι ακριβώς στο εύρος που προτιμούν οι νευρώνες.

Το τελικό συνολικό πακέτο, το οποίο περιλαμβάνει τη φίσα, τη μπαταρία 2016, τις προσαρμοσμένες πλακέτες κυκλωμάτων 551 και την πλατφόρμα Hexbug, ζυγίζει 7 γραμμάρια. Μια μεγάλη κατσαρίδα βάρους 3 γραμμάρια μπορεί να μεταφέρει πάνω από 9 γραμμάρια για πειράματα 10 λεπτών. Το σακίδιο είναι αποσπώμενο, έτσι ώστε η κατσαρίδα να φοράει μόνο προσωρινά (όταν δεν είναι συνδεδεμένο, το σφάλμα είναι ελεύθερο να τρώει φρέσκο ​​μαρούλι, να πίνει νερό, να κάνει μωρά, να τρέχει γύρω στο σκοτάδι και να κάνει ό, τι κάνει και να σκεφτεί ποτέ οι κατσαρίδες).

Πώς να κατευθύνετε ένα κατσαρίδα

Για να κάνουμε την κατσαρίδα να γυρίσει όταν τρέχει, εκμεταλλευόμαστε τις φυσικές συμπεριφορές κινητήρα. Οι κατσαρίδες θέλουν να τρέχουν δίπλα σε έναν τοίχο. Όταν η κεραία τους βουρτσίζει κάτι, γυρίζουν έτσι ώστε να τρέχουν παράλληλα με αυτό. Αυτό είναι μέρος του "μηχανισμού διαφυγής" τους. Οι διφασικοί παλμοί κόβουν το σφάλμα να σκέφτεται ότι αισθάνθηκε ένα πινέλο σε μία από τις κεραίες του, διεγείροντας τα νεύρα που συνήθως διεξάγουν πληροφορίες για πράγματα που αγγίζουν οι κεραίες. Οι παλμοί προκαλούν τα νεύρα να πυροβολούν ηλεκτρικά μηνύματα (που ονομάζονται "αιχμές") στον εγκέφαλο. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι η κατσαρίδα θα γυρίσει προς την αντίθετη κατεύθυνση της κεραίας που ενεργοποιούμε μέσω της διέγερσης.

Ως βιολόγοι, πρέπει να τονίσουμε ότι οι κατσαρίδες δεν είναι πραγματικά ρομπότ. Έχουν πλήρως λειτουργούντα νευρικά συστήματα που δείχνουν κάποιες θαυμάσιες ιδιότητες όπως η εκμάθηση και η προσαρμογή. Ο λόγος

η έρευνα δεν ήταν ποτέ τελικά ώθησε περαιτέρω είναι ότι τα έντομα τελικά μαθαίνουν να αγνοούν τη διέγερση. Ο εγκέφαλός μας (όπως και ο δικός του) τελικά αγνοεί πράγματα που δεν έχουν συνάφεια συμπεριφοράς (πράγματα που ούτε βλάπτουν ούτε μας βοηθούν). Μετά από περίπου 10 δοκιμές διέγερσης, η αντίδραση στροφής της κατσαρίδας μειώνεται αισθητά και τελικά σταματά όλα μαζί.

Αλλά - αν η κατσαρίδα τοποθετηθεί πίσω στο κλουβί για δυο ώρες, ξεχνά και η διέγερση λειτουργεί ξανά. Μετά από περίπου μία εβδομάδα, ωστόσο, η διέγερση σταματά να λειτουργεί εξ ολοκλήρου. Δεν γνωρίζουμε γιατί, αλλά υποψιάζουμε ότι πιθανότατα οφείλεται στην βιοκαύσιμο των ηλεκτροδίων.

Το κιτ RoboRoach

Εκτός αυτού, είμαστε στην ευχάριστη θέση να αναφέρουμε ότι μετά από ένα χρόνο ανάπτυξης, έχουμε πρωτότυπα εργασίας και αρχίζουμε να επιδεικνύουμε και να διανέμουμε τα κουτάβια αποστακτικού ελέγχου μας σε ερασιτέχνες, γυμνάσια και πανεπιστήμια. Είμαστε επίσης περήφανοι που λέμε ότι το έργο ήταν εξ ολοκλήρου αυτοχρηματοδοτούμενο και ότι το συνολικό κόστος των πρωτοτύπων (χωρίς να συμπεριλαμβάνεται το πνεύμα και η εργασία φυσικά) κατά το παρελθόν έτος ήταν περίπου $ 1.000.

Υπάρχουν πραγματικά εκπαιδευτικά οφέλη σε αυτά τα βιο-ρομπότ. Οι ίδιες τεχνικές που χρησιμοποιούνται στο RoboRoach χρησιμοποιούνται επίσης σε βαθιά εγκεφαλική διέγερση (DBS) για τη θεραπεία της νόσου του Parkinson και σε κοχλιακά εμφυτεύματα για την αποκατάσταση της ακοής στους κωφούς. Αυτές οι κλινικές συσκευές εξακολουθούν να είναι σχετικά αργές και έχουν μεγάλο περιθώριο βελτίωσης. Εάν όλο και περισσότεροι νεαροί μηχανικοί και βιολόγοι ασχολούνται με τα προβλήματα των νευρικών διεπαφών, μπορεί να συμβεί ίσως μια αναγέννηση στη νευροτεχνολογία και θεραπεία των νόσων του νευρικού συστήματος.

Ελπίζουμε ότι αυτό που θα έπρεπε να δαπανήσουμε χρήματα των φορολογουμένων και τα χρόνια της εποχής μας στο μεταπτυχιακό σχολείο για να μελετήσουμε (δηλαδή τη νευροφυσιολογία του εγκεφάλου των θηλαστικών) θα καταστεί προσιτή και κοινή γνώση των γυμνασίων κατά τα επόμενα 20 χρόνια.

Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα, επισκεφθείτε μας στο roboroach.backyardbrains.com.



Μπορεί Να Σας Ενδιαφέρει

Οι Γουάνναμπ-Χοσπς της Γερμανίας

Οι Γουάνναμπ-Χοσπς της Γερμανίας


Red Bull TurBull Encobulator

Red Bull TurBull Encobulator


Αναδρομή: Κάντε ένα στρώμα κρεβατιού Shibori βαμμένο

Αναδρομή: Κάντε ένα στρώμα κρεβατιού Shibori βαμμένο


5, 4, 3, 2, 1 Τα πράγματα σχετικά με τον William Gurstelle

5, 4, 3, 2, 1 Τα πράγματα σχετικά με τον William Gurstelle