16/06/2021
Door Ad Spijkers
Een internationaal team van onderzoekers heeft een hybride insect-computersysteem ontwikkeld voor gebruik bij zoekacties na rampen.
Gezien de frequentie van natuurrampen zoals aardbevingen, branden en overstromingen, hebben wetenschappers gezocht naar betere manieren om slachtoffers te helpen die vastzitten in het puin. Nu worden ze vaak gezocht door mensen die over wrakstukken klimmen, wat zowel gevaarlijk als inefficiënt is. De onderzoekers, verbonden aan instellingen in Singapore, China, Duitsland en het Verenigd Koninkrijk, merkten op dat kleine wezens zoals insecten zich onder dergelijke omstandigheden veel gemakkelijker verplaatsen. Ze begonnen met het gebruik van een bepaalde kakkerlak als zoeker om menselijke inspanningen te helpen.
Het systeem dat ze bedachten, combineert microtechnologie met de natuurlijke vaardigheden van een levende sissende kakkerlak uit Madagaskar. Deze kakkerlakken staan bekend om hun donkerbruine en zwarte lichaamskleur en om het sissende geluid dat ze maken als ze van streek zijn. Ze zijn ook een van de weinige vleugelloze kakkerlakken, waardoor ze goede kandidaten waren om een rugzak te dragen.
Rugzak
De rugzak die de onderzoekers maakten, bestond uit vijf aan elkaar verbonden printplaten met daarin een IR-camera, een communicatiechip, een CO2-sensor, een microcontroller, flashgeheugen, een DAC-converter en een IMU. De met elektronica gevulde rugzak werd vervolgens op de rug van een kakkerlak bevestigd. De onderzoekers implanteerden ook elektroden in de antenne-achtige aanhangsels aan weerszijden van het hoofd van de kakkerlak.
In zijn normale toestand gebruikt de kakkerlak deze zogeheten cerci om te voelen wat er op zijn pad is. Hij gebruikt die informatie om beslissingen te nemen over links of rechts afslaan. Met de elektroden op hun plaats kan de rugzak kleine elektrische schokken naar rechts of links sturen, waardoor de kakkerlak in een gewenste richting draait.
Het navigatieprogramma werkt harmonieus samen met het natuurlijke vermogen van het insect om tijdens een verkenningsmissies met een onbekende omgeving om te gaan. Door de stimulatie te regelen, leidde het algoritme het insect met succes langs obstakels om vooraf bepaalde doelen te bereiken. Om mogelijke navigatiestoringen te voorspellen en te voorkomen, worden bij de navigatie alleen gegevens van de ingebouwde traagheidsmeeteenheid gebruikt.
Testen
Testen omvatte het plaatsen van de kakkerlak op een bepaalde plek en het laten proberen een persoon te vinden die in de buurt lag. In de hardware was een algemene bestemming voorgeprogrammeerd. Vervolgens werd het systeem in een testscenario geplaatst, waar het autonoom bewoog met behulp van signalen van de sensor om zijn weg te vinden naar de persoon die als testslachtoffer diende. De onderzoekers ontdekten dat hun systeem de testmens 94% van de tijd kon lokaliseren.
De onderzoekers zijn van plan hun ontwerp te verbeteren met als doel het systeem in echte reddingsoperaties te gebruiken.
Bron: Arxiv