Насекомые обладают замечательными навигационными возможностями, которые до сих пор далеки от успешной имитации и воспроизведения современных архитектур управления.
В этой статье, представлены результаты исследования по концептуализации гибридных контроллеров насекомых и машин, для улучшения автономности исследовательских транспортных средств.
Исследуя различные, возможные уровни взаимодействия между насекомыми и машинами, и проводятся обзоры существующих подходов к гибридности и технологиям. Основываясь на понимании этой деятельности, предлагается двойная гибридная архитектура управления, которая базируется на концепции "кабины пилота с инсектицидами".
Она объединяет как биологические, искусственные (насекомые, роботы) модули, так и совещательное, реактивное поведение.
В качестве исходного предположения можно предположить, что "низкоуровневые" задачи выполняются роботом, а "интеллект насекомых" применяется, когда требуется решение проблем, и принятие решений на высоком уровне.
Считается, что нейронные и естественные интерфейсы, обеспечивают надежность и избыточность обмениваемой информации.
В настоящей статье описано, как можно расширить возможности космонавтов, связав мозг с аппаратами, но мы прекрасно понимаем, что присутствие человека резко сужает возможности космических полетов за пределы орбиты Земли.
Роботизированные миссии могут достигать большего, но требуют либо удаленного доступа, либо высокой степени автономности. Несмотря на большой научный успех нечеловеческих миссий, им все еще не хватает таких важных возможностей, как автономная навигация на местности, решение проблем и принятие решений в конфликтных ситуациях, обучение и адаптация к возмущениям первоначальной программы.
Один из возможных подходов, заключается в интеграции мозга животных в автоматический космический аппарат для достижения промежуточного типа миссии, сочетающего в себе особенности общеизвестных, и строго разделенных пилотируемых, и беспилотных типов миссии.
Лаборатории биомедицинской робототехники и биомикросистем, совместно с Отделения неврологии и неврологии Университета провели оценку основных необходимых технологий и разработали концепцию архитектуры управления, интегрирующей ткани мозга насекомых в инженерную архитектуру управления. Среди нескольких видов животных, насекомые были выбраны потому, что у них имеются навигационные механизмы, оптимизированные с точки зрения простоты и надежности, которые являются бесценными характеристиками роботизированных систем.
Учитывая технологические трудности, присущие этой технологии, необходимо сделать некоторые упрощающие предположения; в частности, предположив, что сохранить жизнь и функционирование мозговой ткани животного (или всего насекомого) в течение определенного периода времени, подходящего для космических полетов, возможно.
Интерфейс между живыми тканями и разработанным аналогом гибридного контроллера, может быть установлен, на нескольких уровнях с участием всего организма животного, или только его части.
Различные решения также важны для объема информации, которой мы обмениваемся. Прежде всего, это выбор между интерфейсами, типа кабины пилота, где сенсоры и векторы животных используются для передачи информации путем предоставления квази-натуральных стимулов и инвазивных интерфейсов с прямым электрическим контактом между контроллером и живой тканью.
Инвазивная техника, позволяет выбрать между нейронными интерфейсами, т.е. расшифровкой информации из нейронов, и невральным подходом (т.е. из мышц).
Эксперименты с культурами самоорганизующихся нейронов дали многообещающие результаты, такие как измерение и реакция на различные стимулы. Однако задачи, определенные выше, могут не входить в сферу охвата такой договоренности. Стоит отметить, что ствол мозга миноги уже способен управлять небольшим мобильным устройством посредством двунаправленного обмена информацией. Однако было бы желательно, чтобы весь мозг соприкасался и поддерживался функциональным организмом. Эта работа была сосредоточена на взаимодействии насекомых, которое может быть достигнуто, либо путем введения микроэлектродов в ганглии, либо путем имплантации электродов в мускулатуру.
В то время как первое решение в основном не обладает механической стабильностью, мышечное взаимодействие требует более высокого электрического тока, и приводит к пропусканию информации.
Наконец, возможно также инвазивное взаимодействие органов чувств организма, подобное, например, установке на людях кохлеарных имплантатов.