Robo Roach - 💡 Fix My Ideas

Robo Roach

Robo Roach


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

Bug Report: En RoboRoach tager en velfortjent pause efter en offentlig demo på en cafe i Woods Hole, Mass.

Du vågner op med et ønske om at gøre noget neuralteknik. Du åbner dit insektterrarium, udbringer din katteblomstbille, din tobaksmøl eller din kakerlak, og tænder en insekters ryg. Med din fjernbetjening begynder du at styre dit insekt omkring rummet.

Selv om dette kan lyde som science fiction, har fjernstyrede insekter eksisteret i 15 år. Fra begyndelsen af ​​1990'erne opnåede to grupper af forskere (ved universitetet i Tokyo og University of Michigan) rudimentær kontrol af kakerlaksvingning. Det amerikanske arbejde blev gennemført med det endelige mål at skabe "hybrid robotter", der kunne foretage katastrofehjælp overvågning og rekognoscering. Arbejdet blev udgivet i små handelsblade og modtaget presse, men gik stort set ubemærket. Forskningen faldt i sidste ende væk, med forskerne arbejder på andre eventyr.

År senere opnåede to flere universiteter (Cornell og UC Berkeley) bemærkelsesværdig succes og pressede for deres proof-of-concept arbejde i flyvende biller og møller ved hjælp af moderne lille elektrode design og innovative kirurgiske teknikker.

Fedt nok? Mærkelig? Revolutionerende? Skrækkelige? Det afhænger af din disposition. Måske er du inspireret af disse insektcyborger, og du vil også arbejde på sådanne eksperimenter. Desværre, medmindre du er i et af disse fire forskningslaboratorier (i alt måske 15 mennesker i verden), har du desværre ikke adgang til det omfattende udstyr og de offentlige midler, der kræves for at opbygge din robotinspektionsinterface.

En DIY Robot Insect Interface

Lyd helt uretfærdigt? Du har held. I de sidste to år har vi hos Backyard Brains arbejdet på at gøre neuroteknologi tidligere kun fundet i avancerede forskningslaboratorier til rådighed for studerende i alle aldre (vel, primært over 12 år). Ved at lave udstyr, der er billigt og nemt at bruge, gør vi det muligt for alle at gøre neuro-eksperimenter og fremskynde vores forståelse af nervesystemet.

For vores seneste projekt ønskede vi at udvikle en super-lav "RoboRoach" til at demonstrere principper for neurostimulering til studerende. Dette projekt begyndte som en ledende designopgave, som vi forvaltede og sponsorerede ved University of Michigan i 2010. Af omkostningsgrunde ønskede vi ikke at bygge vores egne fjernbetjeningskredsløb fra bunden, så vi skure legetøjsbutikker til den mindste og letteste, billigste fjernbetjeningskreds vi kunne finde (et hårdt arbejde, men nogen skal gøre det). Vi satte sig på Hexbug Inchworm, da kredsløbet er let (1 gram), kører kun 3 volt (så vi kan bruge et lille møntcellebatteri), har 2 frihedsgrader og koster kun 20 dollar.

For at styre RoboRoach fjernede vi kredsløbet fra legetøjet og fodrede motorstyringens udgang til kakerlakantenne med meget tynde sølvtråde (0,003 "i diameter eller 40 gauge). Det neurale væv inde i antennerne kan lide bifasiske impulser (både + og - kvadratpulser), men Hexbug styrer sine motorer med DC (likestrøm). Vi var i stand til at konvertere dette signal ved hjælp af den mest almindelige timer i eksistensen, 555 (faktisk en low-power fætter, 551). Ved at konfigurere timerchippen i en astabil tilstand og placere en kondensator på udgangen (fjernelse af DC-offset), kunne vi få stimulator kredsløbet til at levere 55Hz pulser. Dette er lige inden for det område, som neuroner foretrækker.

Den endelige samlede pakke, som omfatter stik, 2016 batteri, vores brugerdefinerede 551 printkort og Hexbug platform, vejer 7 gram. En stor kakerlak med en vægt på 3 gram kan bære op på 9 gram til 10-minutters forsøg. Rygsækken er aftagelig, så kakerlakken bærer kun den midlertidigt (når den ikke er tilsluttet, er bugten fri til at spise frisk salat, drikke vand, lave babyer, løbe rundt i mørket og gøre hvad som helst kakerlakker gør og tænker på).

Sådan styrer du en kakerlak

For at få kakerlakken til at dreje, når du kører, udnytter vi den naturlige motoriske adfærd. Kakerlakker kan lide at køre ved siden af ​​en mur. Når deres antenne børster mod noget, drejer de sig, så de løber parallelt med den. Dette er en del af deres "flugtmekanisme". De bifasiske pulser narrer fejlen i at tro, at det følte en børste på en af ​​dens antenner ved at stimulere nerverne, som normalt udfører information om ting, som antennen berører. Pulserne forårsager, at nerverne brænder elektriske meddelelser (kaldet "pigge") til hjernen. Slutresultatet er, at kakerlakken vil vende i modsat retning af antennen, vi aktiverer gennem stimulering.

Som biologer må vi understrege, at kakerlakkerne ikke er egentlige robotter. De har fuldt funktionsdygtige nervesystemer, der viser nogle fantastiske egenskaber som læring og tilpasning. Årsagen til

forskning blev aldrig i sidste ende skubbet videre er, at insekter i sidste ende lærer at ignorere stimuleringen. Vores hjerner (som deres) ignorerer til sidst ting, der ikke har nogen adfærdsmæssig relevans (ting, der heller ikke gør ondt eller hjælper os). Efter ca. 10 stimuleringsforsøg reducerer kakerlakspændingsresponset mærkbart og slutter til sidst alt sammen.

Men - hvis kakerlakken sættes tilbage i sit bur i et par timer, glemmer det, og stimuleringen virker igen. Efter ca. en uge stopper stimuleringen dog ikke helt. Vi ved ikke hvorfor, men vi formoder, at det sandsynligvis skyldes biofoulering af elektroderne.

RoboRoach Kit

På den side er vi glade for at rapportere det efter et år med udviklingsarbejde, vi har arbejdet prototyper, og vi begynder at demonstrere og distribuere vores fjernbetjening kakerlak kits til amatører, gymnasier og universiteter. Vi er også stolte over at sige, at projektet var helt selvfinansieret, og det samlede prototyperpris (ikke inklusive brainpower og labor selvfølgelig) i det forløbne år var i nærheden af ​​$ 1.000.

Der er reelle uddannelsesmæssige fordele for disse bio-robotter. De samme teknikker, der anvendes i RoboRoach, bruges også i dyb hjerne stimulering (DBS) til behandling af Parkinsons sygdom og i cochleære implantater for at genoprette hørelsen i døve. Disse kliniske enheder er stadig relativt rå og har meget plads til forbedring. Hvis flere og flere unge ingeniører og biologer arbejder på problemerne med neurale grænseflader, kan der måske forekomme en renæssance i neuroteknologi og behandling af nervesystemproblemer.

Vi håber, at det, vi måtte bruge skatteyderens penge og år i vores tid på grundskolen for at studere (dvs. neurofysiologi hos pattedyrs hjernen) bliver tilgængelig og almindelig videregående viden om de næste 20 år.

Hvis du vil vide mere, kan du besøge os på roboroach.backyardbrains.com.



Du Kan Være Interesseret

Heath Keramik Factory Tour

Heath Keramik Factory Tour


Spiselig innovation: Når et enkelt værktøj kan gøre dig til en kemiker

Spiselig innovation: Når et enkelt værktøj kan gøre dig til en kemiker


Ugens tips: Reviving Saw Inserts, Makeshift Clamp Caulking Gun, Water Resistance Hacks og Mere

Ugens tips: Reviving Saw Inserts, Makeshift Clamp Caulking Gun, Water Resistance Hacks og Mere


Sådan: Hack en Magic 8-Ball

Sådan: Hack en Magic 8-Ball