Насколько известно, три различные группы недавно разработали беспроводные системы, которые могут как передавать, так и принимать данные от управления полетами свободно летающих насекомых. Управление полетом, требующее многоканальной стимуляции, во время сложного, длительного управляемого полета требует бортовой цифровой обработки, памяти и программируемости в дополнение к эффективным радиосистемам. Каждая группа разработала системы с различными компромиссными решениями с точки зрения функциональности, веса и сложности. Сато и др. описывают 8-канальную систему, построенную на базе микроконтроллера CC2431 со встроенным приемопередатчиком; тщательное программирование микроконтроллера обеспечивает полчаса полета и примерно 24 часа работы от батареи в спящем режиме. Использование керамических антенн поверхностного монтажа позволяет получить очень маленький пакет с точки зрения размера, массы и инерционного воздействия на летающее насекомое.
Бозкурт и др. разработали заказной 2-канальный AM-приемник, в котором использовалась импульсно-позиционная модуляция с помощью суперрегенеративной архитектуры, которая подавалась на микроконтроллер PIC12F615. Daly и др. разработали специальную кремниевую систему на кристалле приемника, работающего на частоте 3-5 ГГц по беспроводному стандарту 802.15.4a, который взаимодействует со встроенным микроконтроллером MP430; приемник отличался чрезвычайно низким энергопотреблением (2,5 мВт, 1,4 нДж/бит) при скорости передачи данных 16 Мбит/с. Движимые в первую очередь технологическими разработками в области распределенных сенсорных сетей сверхнизкой мощности, маломощные микроконтроллеры, оснащенные внутренними радиоприемниками, в настоящее время очень доступны.
Протоколы стимуляции
Борьба с насекомыми в идеале требует инициирования и прекращения полета, а также корректировки ориентации в свободном полете с 3 степенями свободы. Важно отметить, что все опубликованные попытки управления свободным полетом полагаются на насекомое, которое "летает само", периодически вводя посторонние данные для смещения траектории свободного полета. Достаточно сложной системой является, по сути, обертывание синтетического контура управления вокруг существующего биологического; идея вмешательства в биологический контур управления с использованием постороннего синтетического контура имеет долгую историю. У насекомых этот мотив неоднократно использовался в исследованиях моторного контроля и биомеханики.
На сегодняшний день беспроводное управление полетами насекомых опирается либо на нейромышечную стимуляцию, либо на стимуляцию нейронов. В любом случае, выбранный интерфейс и бесплатный протокол стимуляции (т.е. геометрия электродов, метод имплантации электродов, условия стимула) должны генерировать воспроизводимые, поддающиеся количественному измерению изменения для полета насекомых таким образом, чтобы они были устойчивы к жестким условиям до, во время и после свободного полета. Свободно летящие насекомые регулярно соударяются с объектами (удары и сильные удары наблюдаются не только в полете или во время аварий, но очень часто во время посадки); вибрации центра массы могут быть значительными и на частотах (50-200 Гц), которые могут резонансно сопрягаться с посторонними механическими компонентами (например, 3-сантиметровые дипольные антенны); а сами ноги или крылья могут мешать работе во время обычного полета. Все эти условия неизменно приводят к механическому дрейфу имплантированных электродов на протяжении всего срока службы насекомых. Таким образом, успешные, надежные схемы стимуляции в свободном полете сфокусированы на комбинации следующих трех мотивов:
- Прямая стимуляция большой, легкодоступной мышцы насекомого
- Прямая стимуляция относительно большого набора нейронов в ганглии
- Целевая стимуляция нервов в нервном мозге.
Заключение
В машиностроении насекомые, управляемые электроникой, могут быть полезными моделями для имитации насекомых M/NAV. Кроме того, сами насекомые, не имеющие троса и управляемые электроникой, могли бы использоваться в качестве М/NAV и служить курьерами в места, недоступные для людей или наземных роботов. Наконец, и это, возможно, наиболее важно, эти системы обеспечивают легкодоступную платформу для изучения интеграции между искусственными интерфейсами и многоклеточными организмами, выполняющими сложные задачи. Это начинание, безусловно, не заменит стремление к созданию синтетических летающих роботов (поскольку люди часто строят машины лучше, чем природа), но вычислительные и коммуникационные технологии масштабируются быстрее, чем плотность энергии источника питания или механическое срабатывание. По мере того, как на рынке будут появляться микроконтроллеры и радиоприемники меньшей и меньшей мощности, исследователи смогут добавлять все большее количество синтетических элементов управления в органические системы, что позволит создавать новые классы программируемых машин.
