Ein Roboter „hört“, indem er das Ohr einer Heuschrecke verwendet

Ein Roboter, der an der Universität Tel Aviv entwickelt wird, „hört“ elektrische Signale dank eines natürlichen Sensors:dem Ohr einer toten Heuschrecke.

Bisher ist das Call and Response, das durch einen Roboter mit Heuschreckenohren ermöglicht wird, ein einfaches. Wenn ein Forscher klatscht, registriert das Ohr der Heuschrecke den Ton und der Roboter bewegt sich vorwärts. Wenn eine Forschung zweimal klatscht, bewegt sich der Roboter rückwärts.

Die Demonstration der Kombination von Roboterplattformen und biologischen Elementen öffnet jedoch die Tür für eine Reihe aufregender neuer Anwendungen, so Dr. Ben M. Maoz, leitender Forscher des Projekts und Professor an der Iby and Aladar Fleischman Faculty of Engineering und die Sagol School of Neuroscience.

„Sie können sich alle Arten von Aufgaben vorstellen, die heute Tiersensoren verwenden, die durch solche Roboter ersetzt werden können, zum Beispiel wie das Riechen von Drogen und Sprengstoff“, sagte Dr. Moaz gegenüber Tech Briefs .

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Sensors veröffentlicht .

Wie das Locust-Ear-on-a-Chip aussieht

Ein mikrofluidischer Chip ist mit einer kundenspezifischen Saugelektrode verbunden. Der im Inneren des Chips untergebrachte Hörnerv der Heuschrecke wird vor der Aufnahme in die Saugelektrode gezogen. Das „ear-on-a-chip“ fungiert als Sensor und reagiert dann auf Geräusche.

Neben dem kundenspezifischen Chip und der Saugelektrode umfasst die Roboterplattform einen Signalverstärker und ein Controller- und Signalprozessorsystem (CSPS).

Das Ohr auf einem Chip hält das Ohr am Leben, indem es dem Organ Sauerstoff und Nahrung zuführt, während es ermöglicht, dass die elektrischen Signale aus dem Ohr der Heuschrecke genommen, verstärkt und an den Roboter übertragen werden.

Zusammen mit dem Heuschreckenexperten Prof. Amir Ayali (von der School of Zoology) und dem Tonexperten Prof. Yossi Yovel (von der Sagol School of Neuroscience) ersetzte Dr. Maoz das elektronische Mikrofon des Roboters durch das Ohr eines toten Insekts.

Das Ohr nimmt Signale aus der Umgebung wahr, in diesem Fall Schwingungen in der Luft. Der spezielle Chip wandelt dann die Eingabe der Insekten in die des Roboters um.

Diese Art von Errungenschaft – ein Ersatz von technologischen Systemen durch biologische – ermöglicht laut Dr. Maoz eine bessere Empfindlichkeit und Energieeffizienz.

„Biologische Systeme verbrauchen im Vergleich zu elektronischen Systemen vernachlässigbar wenig Energie. Sie sind miniaturisiert und damit auch äußerst sparsam und effizient“, sagte Maoz im März .

In einem Q&A mit Tech Briefs Im Folgenden beschreibt Dr. Maoz die Art von Zukunft, die er sich mit Technologie vorstellt, die wirklich aus der Natur stammt.

Technische Informationen :Welche Bedeutung hat dieser Erfolg?

Dr. Ben M. Maoz :Die Bedeutung dieser Arbeit besteht darin, einen Proof of Concept zu zeigen, dass wir in der Lage sind, biologische Elemente mit Roboterplattformen zu integrieren. Genauer gesagt zeigen wir, dass wir das Hörsystem, das als Eingabe für Ton dienen kann, verwenden können, um einen Roboter zu navigieren.

Hier zeigen wir es für das Soundsystem, aber es öffnet viele Türen für weitere Anwendungen.

Beobachten Sie, wie ein „Smellicopter“ abhebt

Ein TV-Video von Tech Briefs zeigt, wie ein Team der University of Washington seiner Drohne eine lebende Mottenantenne hinzufügte.

Technische Informationen : Beabsichtigen Sie, ein System zu bauen, das die Versorgung mit Sauerstoff und Nahrung erfordert? Oder wollen Sie versuchen, das Ohr der Heuschrecke nachzuahmen und ein Hardware-Äquivalent zu bauen?

Dr. Maoz :Diese Angelegenheit ist eine der Hauptherausforderungen des Projekts. Wir mussten ein ausgeklügeltes Gerät entwickeln, das dem Heuschreckenohr konstant Sauerstoff und Nährstoffe zuführt, um es am Leben zu erhalten.

Technische Informationen :Müssen Sie die Nährstoffe erneuern? Wie oft?

Dr. Maoz :Ja, dem Ohr müssen frische Nährstoffe zugeführt werden. Wir können es entweder manuell nach 4-6 Stunden tun oder mit einem Perfusionssystem, das wir haben, das es kontinuierlich tun kann.

Technische Informationen :Wie sieht dieses System aus?

Dr. Maoz :Das Gerät ist ein "mikrofluidischer Chip", der spezielle Kanäle und Halterungen hat, die das Ohr nahe an der Luft halten, aber auch im Inneren befindet sich eine spezielle Flüssigkeit, die das Ohr mit den notwendigen Nährstoffen versorgt.

Technische Informationen :Was hat Sie dazu inspiriert, mit einer Heuschrecke zu gehen?

Dr. Maoz :Ich hatte das Glück, mit Prof. Yossi Yovel, einem Klangexperten, und Prof. Amir Ayali, einem Heuschreckenexperten, zusammenzuarbeiten. Also haben wir uns entschieden, damit zu beginnen, zusätzlich zu den großartigen Hörfähigkeiten, die die Heuschrecke hat.

Technische Informationen :Ist die Heuschreckenanwendung eher eine Demonstration? Was kann man mit einem Roboter machen, der einen solchen Detektor hat?

Dr. Maoz :Da das Projekt so ehrgeizig war, wollten wir mit der Integration eines Sensors beginnen, der relativ "einfach" mit elektronischen Sensoren (in diesem Fall ein Mikrofon) verglichen werden kann. Jetzt, da wir wissen, dass das Konzept tatsächlich funktioniert, arbeiten wir an anderen Sensorfunktionen (z. B. Geruch), die mit der heutigen Technologie viel schwieriger zu erstellen sind.

Technische Informationen :Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der die Technologie biologischer ist, wie „Smellicopters“? Was sind die Vorteile, wenn man sich für mehr Biotechnologie entscheidet?

Dr. Maoz :Millionen von Jahren der Evolution haben kleine, empfindliche und effiziente Sensoren geschaffen, die wir mit der heutigen Technologie nicht nachahmen können. Daher möchten wir diese erstaunlichen Fähigkeiten der Sensorik mit Roboterplattformen nutzen und integrieren.

Technische Informationen :Was ist der nächste Test? Geht es darum, die Heuschreckenanwendung zu verfeinern oder neue Ideen mit verschiedenen Organismen auszuprobieren?

Dr. Maoz :Wir denken derzeit darüber nach, „die beste aller Welten“ zu integrieren, was eine Reihe von Sensoren verschiedener Insekten sein kann. Dies kann entweder das Arbeiten mit einem Sinn für mehrere Organismen oder mehrere Sensoren von verschiedenen Organismen beinhalten. Nach der Veröffentlichung des Papiers haben uns viele Leute mit verrückten und interessanten Ideen und Anwendungen kontaktiert, die wir derzeit prüfen.

Haben Sie irgendwelche Ideen? Was halten Sie von einer biologischeren Herangehensweise an Technologie? Teilen Sie unten Ihre Fragen und Kommentare.