Para ilmuwan mengembangkan teknologi untuk mengendalikan kawanan serangga cyborg

Para ilmuwan telah mengembangkan algoritma navigasi gerombolan canggih untuk serangga cyborg yang mencegah mereka terjebak saat menavigasi medan yang menantang.

Diterbitkan di dalam Komunikasi AlamAlgoritme baru ini mewakili kemajuan signifikan dalam bidang teknologi robotika segerombolan. Bisa membuka jalan bagi aplikasi masuk bantuan bencanamisi pencarian dan penyelamatan dan inspeksi infrastruktur.

Serangga cyborg adalah serangga nyata yang dilengkapi dengan perangkat elektronik kecil di punggungnya, terdiri dari berbagai sensor seperti kamera optik dan inframerah, baterai dan antena untuk komunikasi, yang memungkinkan pergerakannya dikendalikan dari jarak jauh untuk tugas tertentu.

Kontrol tunggal cyborg serangga itu pertama kali didemonstrasikan oleh Profesor Hirotaka Sato dari Sekolah Teknik Mesin dan Dirgantara NTU Singapura pada tahun 2008.

Namun, satu serangga saja tidak cukup untuk operasi seperti misi pencarian dan penyelamatan, dimana korban gempa tersebar dan terdapat jangka waktu optimal 72 jam untuk menemukan mereka.

Di dalam 2021 Dan 2024Profesor Sato dan rekannya dari Home Team Science and Technology Agency (HTX) Singapura dan Klass Engineering and Solutions mendemonstrasikan bagaimana serangga cyborg dapat digunakan untuk operasi pencarian dan penyelamatan di masa depan.

Artikel terbaru tentang sistem gerombolan baru ini menggunakan dinamika pemimpin-pengikut, di mana satu serangga cyborg bertindak sebagai pemimpin kelompok dan membimbing 19 serangga lainnya.

Rekan penulis makalah ini, Profesor Masaki Ogura dari Universitas Hiroshima dan Profesor Wakamiya Naoki dari Universitas Osaka, mengembangkan algoritma pengendalian gerombolan dan program komputer, sementara Profesor Sato dari NTU dan timnya menyiapkan kawanan serangga cyborg dan menerapkan algoritma tersebut pada serangga. ‘ransel elektronik dan melakukan eksperimen fisik di Singapura.

Para ilmuwan memperhatikan beberapa manfaat dari algoritma gerombolan baru mereka selama percobaan di laboratorium. Membiarkan serangga cyborg bergerak lebih bebas mengurangi risiko cyborg terjebak dalam rintangan, dan cyborg di dekatnya juga dapat membantu membebaskan serangga yang terjebak atau terbalik.

Cara kerja kawanan serangga cyborg

Penelitian sebelumnya menunjukkan pengendalian satu cyborg atau kelompok yang dikendalikan oleh algoritma yang memberikan instruksi rinci dan kompleks untuk masing-masing serangga, sebuah pendekatan yang tidak akan mengoordinasikan pergerakan kelompok besar.

Dengan metode baru ini, algoritme pertama-tama menunjuk serangga pemimpin, kemudian diberi tahu tujuan yang dituju, dan ransel kendalinya akan berkoordinasi dengan ransel anggota kelompok lainnya untuk memandu kawanan tersebut.

Pendekatan “pemimpin tur” ini memungkinkan kawanan serangga beradaptasi secara dinamis, karena serangga dapat saling membantu mengatasi rintangan, menyesuaikan gerakan mereka jika salah satu anggotanya terjebak.

Serangga yang digunakan adalah kecoak mendesis Madagaskar yang dilengkapi dengan papan sirkuit ringan, sensor, dan baterai isi ulang di punggungnya, membentuk sistem navigasi otonom yang membantu mereka menavigasi lingkungan dan mendorongnya menuju sasaran.

Cyborg ini mengonsumsi energi jauh lebih sedikit dibandingkan robot tradisional, yang mengandalkan motor bertenaga tinggi untuk bergerak. Kaki serangga memberikan penggerak yang diperlukan untuk menggerakkan ransel, sementara ransel mendorong serangga dengan memberikan rangsangan listrik kecil, membimbingnya ke arah tertentu.

Ketika dikombinasikan dengan algoritma pengendalian gerombolan, naluri serangga memungkinkan mereka menavigasi medan yang kompleks dan merespons perubahan lingkungan dengan cepat.

Dalam percobaannya, algoritme baru ini mengurangi kebutuhan untuk mendorong serangga sekitar 50% dibandingkan pendekatan sebelumnya, sehingga memungkinkan serangga memiliki navigasi yang lebih mandiri melewati rintangan dan memecahkan masalah seperti serangga yang terjebak atau terjebak.

Profesor Sato mengatakan teknologi ini diharapkan berguna dalam misi pencarian dan penyelamatan, inspeksi infrastruktur, dan pemantauan lingkungan, di mana ruang yang sempit dan kondisi yang tidak dapat diprediksi membuat robot konvensional tidak efektif.

“Untuk melakukan operasi pencarian dan inspeksi, area yang luas harus disurvei secara efisien, sering kali melintasi medan yang menantang dan penuh rintangan. Konsep ini melibatkan pengerahan beberapa kawanan serangga cyborg untuk menavigasi dan mensurvei wilayah yang terhalang ini. Sebuah “Jika seekor serangga mendeteksi suatu target, seperti manusia dalam misi pencarian dan penyelamatan atau kerusakan struktural pada infrastruktur, mereka dapat memperingatkan sistem kendali secara nirkabel,” jelas Profesor Sato.

Profesor Sato dikenal karena karya pionirnya pada serangga cyborg. Ia sebelumnya telah mendapat pengakuan global ketika penelitiannya dinobatkan sebagai salah satu dari 50 penemuan terbaik tahun 2009 oleh majalah TIME dan salah satu dari 10 teknologi baru tahun 2009 (TR10) oleh MIT Technology Review.

Rekan penulis makalah ini, Profesor Masaki Ogura, dari Sekolah Pascasarjana Sains dan Teknik Lanjutan di Universitas Hiroshima, mengatakan: “Algoritme pengendalian gerombolan kami mewakili kemajuan signifikan dalam mengoordinasikan kelompok serangga cyborg untuk pencarian. kompleks danmisi penyelamatan. Inovasi ini berpotensi meningkatkan efisiensi tanggap bencana sekaligus membuka jalan baru bagi penelitian pengendalian gerombolan. “Hal ini menggarisbawahi pentingnya mengembangkan metode pengendalian yang bekerja secara efektif dalam skenario dunia nyata, melampaui model teoritis dan simulasi.”

Rekan penulis koresponden Profesor Wakamiya Naoki dari Sekolah Pascasarjana Sains dan Teknologi Informasi di Universitas Osaka menjelaskan: “Tidak seperti robot, serangga tidak berperilaku seperti yang kita inginkan. Namun, alih-alih mencoba mengendalikan mereka secara paksa, kami menemukan bahwa mengambil tindakan lebih Pendekatan yang santai dan kasar tidak hanya bekerja lebih baik tetapi juga menyebabkan munculnya perilaku kompleks secara alami, seperti tindakan kooperatif, yang sulit dirancang sebagai algoritma.

“Ini adalah penemuan yang luar biasa. Meskipun tindakan mereka mungkin tampak acak pada pandangan pertama, nampaknya kita masih bisa belajar banyak dari perilaku organisme hidup yang canggih dan rumit.”

Terobosan terbaru mereka menggarisbawahi potensi praktis sistem biohibrid untuk mengatasi tantangan dunia nyata dan pentingnya kolaborasi penelitian interdisipliner global.

Ke depan, tim gabungan ini bertujuan untuk mengembangkan algoritme yang memungkinkan tindakan gerombolan terkoordinasi lebih dari sekadar gerakan sederhana, seperti transportasi kolaboratif objek besar.

Mereka juga berencana melakukan eksperimen di lingkungan luar ruangan, termasuk tumpukan puing yang biasa ditemukan di zona bencana, untuk memvalidasi efektivitas algoritme dalam skenario dunia nyata yang lebih kompleks.