Insectos voladores equipados con diminutas cámaras y micrófonos


Insectos voladores equipados con diminutas cámaras y micrófonos
Convirtiendo insectos en robots con control remoto.

El control remoto de insectos alcanza un nuevo nivel con esta ‘mochila’ que crea libélulas cíborg.

En muchos casos la naturaleza es un buen espejo al que mirar para solucionar problemas tecnológicos o avanzar en un desarrollo concreto, por ejemplo vimos cómo los murciélagos nos permitirán crear mejores drones, y del mismo modo se está estudiando cómo podemos aprovechar a los insectos para tareas específicas.

Crear un insecto robótico no es precisamente algo sencillo y, pese a que puede conseguirse, es complicado que puedan ser tan ágiles y versátiles como el propio insecto real. La otra opción es combinar tecnología y naturaleza, como han hecho los ingenieros de la compañía Draper creando esta libélula cyborg.

Una mochila en miniatura para crear insectos cyborg

El proyecto se denomina DragonflEye y se basa en cómo podríamos aprovechar insectos como las libélulas si pudiésemos tener control total sobre sus movimientos.

Tal y como aseguran los investigadores, DragonflEye es único en su tipo, un micro vehículo aéreo más pequeño, ligero e inteligente que cualquier otro que haya creado el hombre.

Combinando modificación genética, biotecnología y sistemas de navegación miniaturizados, han conseguido meter todos los componentes electrónicos en una minúscula “mochila” que se acopla al cuerpo de la libélula (aunque también sería aplicable a otros insectos similares) y es tan ligera que puede volar sin problema cargando con ella.

El otro desafío era conseguir el control remoto de la libélula, y para esa tarea una opción era recurrir a los siempre crueles impulsos eléctricos para activar zonas concretas del insecto, pero han optado finalmente por un control mediante pulsos de luz, usando un sistema de “optrodes“, que crea una interfaz de control óptica.


La utilidad de los insectos robot

La gran cuestión es, ¿qué aplicaciones tendrían en el mundo real este tipo de insectos cibernéticos?

Nuestra capacidad de desarrollar drones ‘naturales’, tan ágiles y pequeños como los insectos de verdad podrían tener un uso muy efectivo en el sector militar. Imagina un enjambre de insectos cyborg dedicados a tareas de reconocimiento, guiados de forma remota y sin límites de autonomía (ya que la pequeña mochila obtiene la energía de sus paneles solares integrados).

Estos desarrollos también tendrían una aplicación como sistema de entrega de pequeñas cargas o, a un nivel mayor, sería muy interesante como control de migración de insectos, siendo incluso capaces de controlar ejércitos de abejas para guiar la polinización. ¿Otros ejemplos? Cucarachas cyborg para encontrar supervivientes:

Imagina esta escena: unas cucarachas corretean despreocupadas amontonándose unas encima de otras.

Te das cuenta de que están encerradas, en una urna de metacrilato.

Una mano, como de cirujano, cubierta con un guante de látex, selecciona una de ellas. La atrapa y se la lleva del grupo.

Con cuidado, la coloca en otra urna, más pequeña, solitaria. La cucaracha se mueve, con menos libertad que antes.

Intenta trepar por la pared de su encierro pero resbala y no lo consigue.

La mano vuelve a aparecer, misteriosa, llevando un spray consigo.
Descarga un gas que cubre al insecto y que lo paraliza casi al instante. Cae dormida boca arriba.

La mano vuelve a aparecer, esta vez con un bisturí minúsculo. Practica unas incisiones precisas en el abdomen del pequeño animal.

Apenas brotan dos gotitas de líquido que son devueltos al interior enseguida, colocando unos filamentos metálicos que se fijan al exoesqueleto.

Le da la vuelta. Le arranca las alas. Coloca una especie de mochila que adhiere con cuidado al lomo.

De la mochila salen dos hilillos que une a las antenas del bicho.

Al cabo de un rato, cuando se despierta, la cucaracha parece aturdida. Mueve las patas sin sentido, hasta que por fin las domina.

Se da la vuelta y corretea sin rumbo, hasta que, de pronto, algo ocurre.

Se detiene en seco, menos de un segundo, para luego caminar muy recta. Se mueve de forma robótica siguiendo un patrón que hay en el suelo.

En otro sitio, quizá lejos, la extraña mano acciona unos mandos mientras observa por una pantalla.

En la actualidad, en las operaciones de rescate de personas son utilizados perros rastreadores, pero científicos estadounidenses han decidido que los cyborg, es decir, criaturas con electrónica integrada en el cuerpo, van a arreglárselas mejor.

Sobre todo si son tan pequeñas en tamaño que pueden llegar a lugares que no pueden alcanzarse a través de un robot grande o complicado.

Insectos voladores equipados con diminutas cámaras y micrófonosIngenieros del Instituto Michigan utilizaron insectos voladores que están equipados con diminutas cámaras y micrófonos, mismos que el próximo año serán utilizados en el rescate de personas.

No necesario alimentar con energía los equipos que carga el propio escarabajo, cucaracha o cualquier otro bichito apto para esto.

La energía recibida por el aleteo, con la ayuda de un generador en miniatura se convierte en electricidad.

No hay necesidad de poner en la parte posterior del insecto, además de la cámara y el micrófono, e incluso una batería, que amenaza con soplar en el momento equivocado.

De acuerdo con la idea de los desarrolladores, un salvavidas en miniatura se puede ejecutar en las ruinas de edificios derrumbados en los terremotos.

Los Escarabajo se arrastran entre los escombros, y los sensores detectan la transferencia de sonido e imagen de la cámara a la pantalla de la operación de búsqueda del operador.

Por lo tanto será capaz de encontrar más rápidamente a las personas que se quedaron bajo los escombros de los edificios.

Además, los escarabajos se pueden utilizar incluso en las zonas donde se reserva la intervención humana.

Por ejemplo, para el estudio de las centrales nucleares después de un accidente.

“Al recibir la energía directamente del escarabajo, hemos sido capaces de proporcionar energía ininterrumpida a la cámara, micrófono, dispositivo de comunicación, que carga el insecto, como una mochila pequeña a la espalda.

Ellos pueden ser una salvación o ser exploradores, entrando en zonas peligrosas o cerradas a los humanos.” – Explicó Profesor Najafi.

A principios de este año, Khalil Najafi y sus colegas han desarrollado unos diminutos generadores piezoeléctricos Aktakka que se colocan en la parte posterior del escarabajo de mayo.

El generador tiene una forma de espiral, los extremos se sujetan en las alas.

Cuando un insecto las mueve, la energía es transformada en electricidad. Un generador de espiral proporcionó unos 18,5 a 22,5 microvatios.

Si se pone un par de estos dispositivos, usted puede aumentar el rendimiento hasta un 45 microvatios.

Estos mismos desarrolladores de la Universidad de Michigan en 2009, hicieron un descubrimiento sorprendente.

Ellos fueron capaces de controlar el vuelo de los escarabajos vivos, como si se tratara de un modelo de radio control.

Los científicos esperan que si se combinan todos estos acontecimientos, el resultado puede ser un escarabajo cyborg genérico listos para cualquier tarea – desde operaciones de rescate hasta espionaje.

Los químicos internos de un insecto pueden ser convertidos en electricidad, lo que podría proporcionar energía para sensores, dispositivos de grabación o para controlar el insecto, infoma un grupo de investigadores de la Case Western Reserve University.
 
El hallazgo es otro en una creciente lista de universidades de todo el país que podría traer la creación de ciber-insectos – promocionado como sea posible los primeros en responder a los super espías – de ciencia ficción y de la realidad.

En este caso, la fuente de alimentación eléctrica, no se basa en el movimiento, la luz o las baterías, sólo en propia alimentación normal.
El trabajo se publica en el Diario en línea de la American Chemical Society.

“Es prácticamente imposible empezar de cero y hacer algo que funcione como un insecto”, dijo Daniel Scherson, profesor de química en la Case Western Reserve y autor principal del artículo.

“El uso de un insecto vivo es probable que sea mucho más fácil”, dijo Scherson.

“Por eso, usted necesita energía eléctrica para los sensores de potencia o para excitar las neuronas para que el insecto haga lo que quiera, mediante la generación de energía suficiente del propio insecto.”

Insectos voladores equipados con diminutas cámaras y micrófonosScherson se asoció con el estudiante graduado Michelle Rasmussen, profesor de biología Roy E. Ritzmann, profesor de Química y Biología Irene Lee Asistente de Investigación Alan J. Pollack para desarrollar una celda de biocombustible implantable para proveer de energía utilizable.

La clave para convertir la energía química es el uso de enzimas en serie en el ánodo.

La primera enzima rompe el azúcar, la trehalosa, que una cucaracha produce constantemente de sus alimentos, en dos azúcares simples, llamados monosacáridos.

La segunda enzima oxida los monosacáridos, liberando electrones.

La corriente fluye cuando los electrones son atraídos hacia el cátodo, donde el oxígeno del aire toma los electrones y se reduce a agua.

Después de probar el sistema con las soluciones de trehalosa, los electrodos se insertan en el prototipo de un seno de sangre en el abdomen de una cucaracha hembra, lejos de los órganos internos críticos.

“Los insectos tienen un sistema circulatorio abierto para que la sangre no esté bajo mucha presión”, explicó Ritzmann.

“Así que, a diferencia de un vertebrado, donde si se le empuja una sonda en una vena o una arteria es peor (que es muy alta presión) la sangre no sale en ningún tipo de presión.

Así que, básicamente, esto es realmente bastante benigno.

De hecho, no es raro que el insecto se pare por sí mismo y camine o corra después. “

Los investigadores encontraron que las cucarachas no sufrieron ningún daño a largo plazo, que es un buen augurio para el uso a largo plazo.

Para determinar la salida de la pila de combustible, el grupo utilizó un instrumento llamado potenciostato.

La densidad de potencia máxima que se alcanza es cerca de 100 microvatios por centímetro cuadrado a 0,2 voltios.

La densidad de corriente máxima fue de alrededor de 450 microamperios por centímetro cuadrado.

¿Qué es esto? ¿Ciencia ficción? ¿Una película? ¿Una novela de misterio?

No.

Es realidad. Tan real como está ocurriendo ahora, no muy lejos de la ciudad donde vives.

Son los llamados Biobots, seres vivos a los que se les acoplan unos implantes electrónicos para poder controlarlos a distancia. Pequeños, baratos, discretos. Fáciles de manejar.

Entran por cualquier rendija, se mueven sin ser detectados.
Se les puede acoplar una cámara, un micrófono, distintos sensores. Son lo último en innovación cibernética, pero no son máquinas, sino animales.

Todo empezó en Japón, la patria de la robótica cuando investigadores de la Universidad de Tokio, liderados por Isao Shimoyama, especialista en mecánica e informática, conseguían implantar a los insectos unas mochilas microelectrónicas con las que se les dirigía por control remoto.

El método parecía sencillo. Los animales poseen dos antenas con las que detectar si hay obstáculos.

Al aplicar una pequeña descarga creen que hay algo delante, con lo que actúan en consecuencia: girando. De esta forma se les puede guiar.

Las posibilidades del invento eran tantas que el gobierno nipón decidió invertir: 4,15 millones de euros en un proyecto de la Universidad de Tsukuba, un centro de reconocido prestigio por su equipo de investigación biológica.

Las elegidas fueron las Periplaneta americana, una especie cuyos individuos son más fuertes y voluminosos, y capaces, por tanto, de llevar una mayor carga.

El problema era la duración. Las baterías que se pueden acoplar son pequeñas, por lo que no lograban durar mucho tiempo.

Había que encontrar una fuente de energía alternativa, y la respuesta, una vez más, estaba en el interior de los bichos: dos enzimas, introducidos en su abdomen, se encargan de convertir los azúcares en corriente de electrones libres, que pasan a los aparatos eléctricos a través de unos cables.

La cucaracha come, los alimentos pasan a su organismo, las enzimas que están en sus fluidos lo convierten en electricidad y arreglado. El robot biónico es además una pila.

“Las cucarachas de verdad tienen un sistema propio de locomoción e instinto de supervivencia”, dice uno de los investigadores, “huyen si sienten el peligro, por lo que son difíciles de atrapar o aplastar, algo muy útil en terrenos desconocidos”.

Además, son más baratos: “construir un robot a esa escala resultaría tremendamente costoso”, asegura.

Las posibilidades son tantas como quiera nuestra imaginación.

Para empezar, la más obvia: un “biobot” de este tipo puede introducirse sin problemas por donde nos parezca. Llevando consigo una cámara, un micrófono o cualquier sensor, se convertiría en el perfecto espía.

O en un artilugio capaz de encontrar personas atrapadas entre los restos de un cataclismo, un derrumbamiento, un alud o una cueva.

Podrían ser los instrumentos para la investigación en condiciones extremas, no sólo en sitios escondidos.  

La capacidad de estos animales de soportar niveles de radiación elevados podría, por ejemplo, ayudarnos a entender qué ocurre en zonas tras catástrofes nucleares.

Las posibilidades son muchas, pero, ¿qué pasa con el pobre animal?  

¿No se plantea el dilema moral que implica hacer esto a un ser vivo? ¿No deberíamos pensarnos dos veces utilizar la naturaleza de esta forma? Claro que, bien pensado, no son más que cucarachas. ¿No?

El estudio fue de cinco años en la fabricación. Los progresos se habían detenido durante casi un año debido a las dificultades con la trehalasa – la primera enzima utilizada en la serie.

Pero Lee sugirió que usar el gen de trehalasa de síntesis química para generar un plásmido de expresión, que es una molécula de ADN que se separan a partir de ADN cromosómico, para permitir la producción de grandes cantidades de la enzima purificada de Escherichia coli.

 “Michelle entonces comenzó a recoger la enzima que demostró tener mucho más las actividades específicas que los obtenidos de fuentes comerciales”, dijo Lee. “La nueva enzima condujo al éxito.”

Los investigadores ahora están tomando varias medidas para mover la tecnología hacia adelante: la miniaturización de la célula de combustible de modo que pueda ser completamente implantada y permitir que un insecto pueda correr o volar normalmente, la investigación de materiales puede durar mucho tiempo en el interior de un insecto, en colaboración con otros investigadores para construir un transmisor de señal que puede funcionar con poca energía, más la adición de una batería recargable de peso ligero.

“Es posible que el sistema podría ser utilizado de forma intermitente”, dijo Scherson.

“Un insecto equipado con un sensor puede medir la cantidad de gases nocivos en un cuarto, de difusión del hallazgo, cerrado y de recarga de una hora, luego tomar una nueva medición y difusión de nuevo.”

La investigación fue financiada en parte por la National Science Foundation.

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