Tel Aviv University Roboter nutzt Heuschrecken-Ohr zum Hören und Reagieren auf Schall

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

Bisher ist der Ruf und die Reaktion, die durch einen heuschrecken-gehörten Roboter ermöglicht werden, eine grundlegende. Wenn ein Forscher klatscht, registriert das Heuschreckenohr den Schall und der Roboter bewegt sich vorwärts. Wenn ein Forscher zweimal klatscht, bewegt sich der Roboter rückwärts.

Die Demonstration jedoch, robotische Plattformen und biologische Elemente zu kombinieren, öffnet die Tür für einen aufregenden Satz neuer Anwendungen, laut Dr. Ben M. Maoz, Leitforscher des Projekts und Professor an der Iby und Aladar Fleischman Faculty of Engineering und der Sagol School of Neuroscience.

„Man kann sich alle Arten von Aufgaben vorstellen, die heute tierische Sensoren nutzen, die durch solche Roboter ersetzt werden können. Zum Beispiel das Riechen von Drogen und Sprengstoffen“, sagte Dr. Maoz zu Tech Briefs.

Die Ergebnisse der Studie wurden im Journal Sensors veröffentlicht.

Wie das Heuschrecken-Ohr-auf-einem-Chip aussieht

Ein Mikrofluidik-Chip verbindet sich mit einer maßgeschneiderten Saug-Elektrode. Der Heuschrecken-Hörnerv, im Chip untergebracht, wird vor der Aufzeichnung in die Saug-Elektrode gezogen. Der „Ohr-auf-einem-Chip“ fungiert als Sensor und reagiert dann auf Geräusche.

Zusätzlich zum maßgeschneiderten Chip und der Saug-Elektrode umfasst die robotische Plattform einen Signalverstärker und ein Controller- und Signalprozessor-System (CSPS).

Der Ohr-auf-einem-Chip hält das Ohr am Leben, indem er Sauerstoff und Nährstoffe zum Organ liefert, während er die elektrischen Signale aus dem Heuschreckenohr entnimmt, verstärkt und an den Roboter überträgt.

Zusammen mit Heuschrecken-Experte Prof. Amir Ayali (School of Zoology) und Sound-Experte Prof. Yossi Yovel (Sagol School of Neuroscience) ersetzte Dr. Maoz das elektronische Mikrofon des Roboters durch das Ohr eines toten Insekts.

Das Ohr detektiert Signale aus der Umgebung, in diesem Fall Vibrationen in der Luft. Der spezielle Chip wandelt dann den Insekten-Input in den des Roboters um.

Diese Art von Errungenschaft – ein Ersatz technologischer Systeme durch biologische – ermöglicht bessere Sensitivität und Energieeffizienz, laut Dr. Maoz.

„Biologische Systeme verbrauchen vernachlässigbare Energie im Vergleich zu elektronischen Systemen. Sie sind miniaturisiert und daher auch extrem ökonomisch und effizient“, sagte Maoz im März.

Interview mit Dr. Ben M. Maoz

Tech Briefs: Was ist die Bedeutung dieser Errungenschaft?

Dr. Ben M. Maoz: Die Bedeutung dieser Arbeit ist, einen Proof of Concept zu zeigen, dass wir biologische Elemente mit robotischen Plattformen integrieren können. Spezifischer zeigen wir, dass wir das Hörsystem nehmen können, das als Input für Schall dienen kann, um einen Roboter zu navigieren.

Hier zeigen wir es für das Schallsystem, aber es öffnet viele Türen für mehr Anwendungen.

Sehen Sie einen 'Smellicopter' abheben

Ein Tech Briefs TV Video zeigt, wie ein Team an der University of Washington eine lebende Mottenantenne zu ihrer Drohne hinzufügte.

Tech Briefs: Beabsichtigen Sie, ein System zu bauen, das Sauerstoff und Nahrung zuführen muss? Oder beabsichtigen Sie, das Heuschreckenohr nachzuahmen und ein Hardware-Äquivalent zu bauen?

Dr. Maoz: Diese Angelegenheit ist eine der Hauptforderungen des Projekts. Wir mussten ein raffiniertes Gerät designen, das konstant Sauerstoff und Nährstoffe zum Heuschreckenohr liefert, um es am Leben zu erhalten.

Tech Briefs: Müssen Sie die Nährstoffe erneuern? Wie oft?

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

Tech Briefs: Wie sieht dieses System aus?

Dr. Maoz: Das Gerät ist ein „Mikrofluidik-Chip“, der spezielle Kanäle und Halterungen hat, die das Ohr nah an der Luft halten, aber auch innen eine spezielle Flüssigkeit hat, die die notwendigen Nährstoffe für das Ohr bereitstellt.

Tech Briefs: Was hat Sie inspiriert, mit einer Heuschrecke zu gehen?

Dr. Maoz: Ich war gesegnet, mit Prof. Yossi Yovel, einem Sound-Experten, und Prof. Amir Ayali, einem Heuschrecken-Experten, zu arbeiten. Also entschieden wir uns, damit zu beginnen, auf Basis der großartigen Hörfähigkeiten der Heuschrecke.

Tech Briefs: Ist die Heuschrecken-Anwendung mehr eine Demonstration? Was kann man mit einem Roboter machen, der so einen Detektor hat?

Dr. Maoz: Da das Projekt so ambitioniert war, wollten wir damit beginnen, einen Sinn zu integrieren, der relativ „einfach“ mit elektronischen Sensoren zu vergleichen ist (in diesem Fall ein Mikrofon). Jetzt, da wir wissen, dass das Konzept tatsächlich funktioniert, arbeiten wir an anderen Sensorkapazitäten (wie Geruch), die mit heutiger Technologie viel herausfordernder zu erstellen sind.

Tech Briefs: Envisionieren Sie eine Zukunft, wo die Technologie biologischer ist, wie „Smellicopter“? Was sind die Vorteile von mehr biologischer Tech?

Dr. Maoz: Millionen Jahre Evolution konnten kleine, sensitive und effiziente Sensoren schaffen, die wir mit heutiger Technologie nicht nachahmen können. Daher möchten wir diese erstaunlichen Sensorkapazitäten mit robotischen Plattformen nutzen und integrieren.

Tech Briefs: Was ist der nächste Test? Geht es um Verfeinerung der Heuschrecken-Anwendung oder Ausprobieren neuer Ideen mit Organismenarten?

Dr. Maoz: Wir denken derzeit darüber nach, „das Beste aus allen Welten“ zu integrieren, was ein Array von Sensoren verschiedener Insekten sein kann. Dies kann entweder die Arbeit mit einem Sinn mehrerer Organismen oder mehrere Sensoren verschiedener Organismen einschließen. Nach Veröffentlichung des Papers kontaktierten uns viele Leute mit verrückten und interessanten Ideen und Anwendungen, die wir derzeit prüfen.

Haben Sie Ideen? Was denken Sie von einem biologischeren Ansatz für Tech? Teilen Sie Ihre Fragen und Kommentare unten.