Животное с дистанционным управлением - Remote control animal
Животные с дистанционным управлением - это животные, которыми люди управляют дистанционно. В некоторых случаях требуется, чтобы в нервную систему животного были имплантированы электроды, подключенные к приемнику, который обычно переносится на спине животного. Животные контролируются с помощью радиосигналов. Электроды не перемещают животное напрямую, как если бы управляли роботом; скорее, они сигнализируют о направлении или действии, желаемом человеком-оператором, а затем стимулируют центры вознаграждения животного, если животное подчиняется. Их иногда называют биороботами или роботами -животными . Их можно считать киборгами, поскольку они сочетают электронные устройства с органической формой жизни. Из - за операции , необходимой, и морально-этических проблем, там была критика , направленная на использование дистанционного управления животных, особенно в отношении защиты животных и прав животных . Сообщалось о подобном неинвазивном применении, которое стимулирует мозг ультразвуком для управления животным. Некоторые приложения (используемые в основном для собак) используют вибрацию или звук для управления движениями животных.
Некоторыми видами животных успешно управляют дистанционно. К ним относятся мотыльки , жуки , тараканы , крысы , акулы , мыши и голуби .
Животных с дистанционным управлением можно направлять и использовать в качестве рабочих животных для поисково-спасательных операций или для других целей.
Млекопитающие
Крысы
В нескольких исследованиях изучали дистанционное управление крысами с помощью микроэлектодов, имплантированных в их мозг и основанных на стимуляции центра вознаграждения крысы. Имплантированы три электрода; два в вентральном постеролатеральном ядре из таламуса , который транспортирует лицо сенсорной информации от левых и правых усов, а третий в медиальной связке переднего мозга , которая участвует в процессе поощрений крысы. Этот третий электрод используется для получения полезного электрического стимула в мозг, когда крыса делает правильное движение влево или вправо. Во время обучения оператор стимулирует левый или правый электрод крысы, заставляя ее «чувствовать» прикосновение к соответствующему набору усов, как если бы она соприкасалась с препятствием. Если крыса затем дает правильный ответ, оператор награждает крысу стимуляцией третьего электрода.
В 2002 году группа ученых из Государственного университета Нью-Йорка дистанционно управляла крысами с портативного компьютера на расстоянии до 500 метров. Крысам можно было приказать повернуть налево или направо, взбираться по деревьям и лестницам, перемещаться по грудам щебня и прыгать с разной высоты. Их можно было даже направить в ярко освещенные места, которых крысы обычно избегают. Было высказано предположение, что крыс можно использовать для переноски камер людям, оказавшимся в ловушке в зонах бедствий.
В 2013 году исследователи сообщили о разработке системы радиотелеметрии для удаленного управления свободно перемещающимися крысами на расстоянии до 200 метров. Рюкзак, который носит крыса, включает в себя материнскую плату и FM- передатчик-приемник, который может генерировать двухфазные импульсы микротока. Все компоненты системы коммерчески доступны и изготавливаются из устройств для поверхностного монтажа, чтобы уменьшить размер (25 x 15 x 2 мм) и вес (10 г с батареей).
Проблемы этики и благополучия
Высказывались опасения по поводу этичности таких исследований. Даже один из пионеров в этой области исследований, Санджив Талвар , сказал: « Потребуются широкие дебаты, чтобы увидеть, приемлемо это или нет» и «Здесь есть некоторые этические проблемы, которые я не могу отрицать». В другом месте он сказал: «Идея звучит немного жутко». Некоторые выступают против идеи подчинить живые существа прямому человеческому командованию. «Это ужасный и еще один пример того, как человеческий вид использует другие виды», - говорит Гилл Лэнгли из фонда Dr Hadwen Trust, базирующегося в Хартфордшире (Великобритания), который финансирует альтернативы исследованиям на животных. Гэри Франсионе, эксперт по законодательству в области защиты животных юридического факультета Университета Рутгерса , говорит, что «животное больше не функционирует как животное», поскольку крыса действует под чьим-то контролем. И вопрос заключается не только в том, побуждают ли крысы действовать или побуждают их к действию. «При имплантации этих электродов должен быть определенный дискомфорт», - говорит он, что может быть трудно оправдать. Талвар заявил, что «естественный интеллект» животного может помешать ему выполнять некоторые указания, но при достаточной стимуляции это колебание иногда можно преодолеть, а иногда - нет.
Неинвазивный метод
Исследователи из Гарвардского университета создали интерфейс мозг-мозг (BBI) между человеком и крысой Sprague-Dawley . BBI позволяет человеку управлять хвостом крысы, просто обдумывая соответствующую мысль. Человек носит интерфейс мозг-компьютер (BCI) на основе ЭЭГ , в то время как крыса под наркозом оснащена сфокусированным ультразвуком (FUS) интерфейс компьютер-мозг (CBI). FUS - это технология, которая позволяет исследователям возбуждать определенную область нейронов в головном мозге крысы с помощью ультразвукового сигнала (частота ультразвука 350 кГц, длительность тонального сигнала 0,5 мс, частота повторения импульсов 1 кГц, длительность 300 мс). Основное преимущество FUS заключается в том, что, в отличие от большинства методов стимуляции мозга, он неинвазивен. Всякий раз, когда человек смотрит на определенный рисунок (мерцание стробоскопического света) на экране компьютера, BCI передает команду CBI крысы, которая заставляет ультразвук направиться в область моторной коры головного мозга крысы, отвечающую за движение хвоста. Исследователи сообщают, что человеческий BCI имеет точность 94%, и что обычно от человека, смотрящего на экран, до движения крысиного хвоста требуется около 1,5 с.
Другая система, которая неинвазивно контролирует крыс, использует ультразвуковые , эпидермальные и светодиодные фотостимуляторы на спине. Система получает команды для доставки определенных электрических стимулов к слуху, боли и зрению крысы соответственно. Три стимула работают в группах для навигации крысы.
Другие исследователи отказались от дистанционного управления крысами человека и вместо этого используют алгоритм нейронной сети общей регрессии для анализа и моделирования управления человеческими операциями.
Собаки
Собак часто используют при ликвидации последствий стихийных бедствий, на местах преступлений и на поле боя, но им не всегда легко слышать команды своих хозяев. Командный модуль, который содержит микропроцессор , беспроводное радио, GPS- приемник и систему ориентации и курса (по сути, гироскоп ), может быть установлен на собаках. Командный модуль передает собаке вибрационные или звуковые команды (доставляемые проводником по радио), чтобы направить ее в определенном направлении или выполнить определенные действия. Общий показатель успешности системы управления составляет 86,6%.
мышей
Исследователи, ответственные за разработку дистанционного управления голубем с помощью мозговых имплантатов, провели аналогичный успешный эксперимент на мышах в 2005 году.
Беспозвоночные
В 1967 году Франц Хубер впервые применил электрическую стимуляцию мозга насекомых и показал, что стимуляция грибовидного тела вызывает сложное поведение, включая подавление передвижения.
Тараканы
Американская компания Backyard Brains выпустила «RoboRoach», набор для управления тараканами с дистанционным управлением, который они называют «первым в мире коммерчески доступным киборгом». Проект стартовал как проект старшего дизайнера студентов биомедицинской инженерии Мичиганского университета в 2010 году и был запущен как доступный бета- продукт 25 февраля 2011 года. RoboRoach был официально запущен в производство через выступление TED на конференции TED Global и через краудсорсинг. На веб-сайте Kickstarter в 2013 году набор позволяет студентам использовать микростимуляцию для мгновенного управления движениями шагающего таракана (влево и вправо), используя смартфон с поддержкой Bluetooth в качестве контроллера. RoboRoach был первый набор доступен для широкой общественности для дистанционного управления животного и финансировалась Соединенных Штатов " Национальный институт психического здоровья в качестве устройства , чтобы служить в качестве учебного пособия для содействия интерес к нейробиологии . Это финансирование было связано с сходством между микростимуляцией RoboRoach и микростимуляцией, используемой при лечении болезни Паркинсона ( глубокая стимуляция мозга ) и глухоты ( кохлеарные имплантаты ) у людей. Несколько организаций по защите животных, включая RSPCA и PETA , выразили озабоченность по поводу этики и благополучия животных в этом проекте.
Другая группа из Университета штата Северная Каролина разработала таракана с дистанционным управлением. Исследователи из NCSU запрограммировали путь, по которому тараканы должны следовать, отслеживая их местоположение с помощью Xbox Kinect . Система автоматически скорректировала движения таракана, чтобы он оставался на заданном пути.
Жуки
_and_Mecynorrhina_torquata_(right).jpg)
В 2009 году дистанционное управление полетом Cotinus texana и гораздо более крупных жуков Mecynorrhina torquata было достигнуто в ходе экспериментов, финансируемых Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Вес электроники и батареи означал, что только Mecynorrhina была достаточно сильной, чтобы свободно летать под радиоуправлением. Определенная серия импульсов, посланных в зрительные доли насекомого, подтолкнула его к полету. Средняя продолжительность полета составила всего 45 секунд, хотя один длился более 30 минут. Единственный импульс заставил жука снова приземлиться. Стимуляция базилярных мускулов полета позволяла контроллеру направлять насекомое влево или вправо, хотя это было успешным только на 75% стимуляций. После каждого маневра жуки быстро выпрямлялись и продолжали лететь параллельно земле. В 2015 году исследователи смогли точно настроить рулевое управление жука в полете, изменив последовательность импульсов, воздействующую на мышцу, складывающую крыло. Недавно ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре продемонстрировали постепенный поворот и ходьбу назад на маленьком жуке-черненке (Zophobas morio), который имеет длину от 2 до 2,5 см и вес всего 1 г, включая электронный рюкзак и аккумулятор. Было высказано предположение, что жуков можно использовать для поисково-спасательных операций, однако было отмечено, что имеющиеся в настоящее время батареи, солнечные элементы и пьезоэлектрики, которые собирают энергию от движения, не могут обеспечить достаточно энергии для работы электродов и радиопередатчиков в течение длительного времени.
Дрозофила
При работе с Drosophila не использовались стимулирующие электроды, и была разработана система дистанционного управления, состоящая из трех частей, которая с помощью лазерного луча вызывает потенциалы действия в заранее заданных нейронах дрозофилы . Центральным компонентом системы дистанционного управления является ионный канал, управляемый лигандом, управляемый АТФ . Когда применяется АТФ, индуцируется поглощение внешнего кальция и генерируются потенциалы действия . Остальные две части системы дистанционного управления включают в себя химически заключенный в клетку АТФ, который вводится в центральную нервную систему через простой глаз мухи, и лазерный свет, способный освобождать введенный АТФ. Гигантская волоконная система у насекомых состоит из пары больших интернейронов в головном мозге, которые могут возбуждать полет насекомых и прыгать мускулами. Импульс лазерного света длительностью 200 мс вызывал прыжки, взмахи крыльев или другие движения полета у 60–80% мух. Хотя эта частота ниже, чем частота, наблюдаемая при прямом электрическом раздражении гигантской волоконной системы, она выше, чем частота, вызванная естественными раздражителями, такими как раздражитель при выключенном свете.
Рыба
Акулы
Колючих Dogfish акулы были дистанционное управление путем имплантации электродов глубоко в мозге акулы к устройству дистанционного управления снаружи резервуара. Когда через провод проходит электрический ток, он стимулирует обоняние акулы, и животное поворачивается, как если бы оно двигалось к крови в океане. Более сильные электрические сигналы, имитирующие более сильный запах, заставляют акулу резко поворачиваться. Одно исследование финансируется за счет гранта в размере 600 000 долларов США от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA). Было высказано предположение, что такие акулы могут искать враждебные воды с помощью датчиков, обнаруживающих взрывчатые вещества, или камер, которые записывают разведывательные фотографии. Помимо военных, аналогичные датчики могут обнаруживать разливы нефти или собирать данные о поведении акул в их естественной среде обитания. Ученые, работающие с акулами дистанционного управления, признают, что они не уверены, какие именно нейроны они стимулируют, и поэтому не всегда могут надежно контролировать направление акулы. Акулы реагируют только после некоторой тренировки, а некоторые акулы вообще не реагируют. Исследование вызвало протесты блоггеров, которые ссылаются на людей с дистанционным управлением или фильмы ужасов, в которых маниакальные акулы-киборги безумно кормятся.
Альтернативный метод заключался в использовании небольших устройств, прикрепленных к носу акулы, которые выделяли сок кальмаров по запросу.
Рептилии
Черепахи
Южнокорейские исследователи дистанционно контролировали движения черепахи с помощью полностью неинвазивной системы управления. Красноухих черепах ( Trachemys scripta elegans ) заставляли следовать определенному пути, манипулируя естественным поведением черепах в избегании препятствий. Если эти черепахи обнаруживают, что что-то блокирует их путь в одном направлении, они двигаются, чтобы избежать этого. Исследователи прикрепили к черепахе черный полуцилиндр. «Козырек» был расположен вокруг задней части черепахи, но был повернут с помощью микроконтроллера и серводвигателя влево или вправо, чтобы частично заблокировать обзор черепахи с одной стороны. Это заставило черепаху поверить в то, что с этой стороны ей нужно было избежать препятствия, и тем самым побудило черепаху двигаться в другом направлении.
Гекконы
У некоторых животных дистанционно управлялись части тела, а не все тело. Исследователи из Китая стимулировали мезенцефалон из гекконов ( G. гекконов ) через микро электроды из нержавеющей стали и наблюдали реакцию геккона во время стимуляции. Двигательные реакции, такие как сгибание позвоночника и движения конечностей, могут быть вызваны на разных глубинах среднего мозга. Стимуляция периакведуктальной серой зоны вызывала ипсилатеральное изгибание позвоночника, в то время как стимуляция вентральной тегментальной области вызывала контралатеральное изгибание позвоночника.
Птицы
Голуби
В 2007 году исследователи из Шаньдунского университета науки и технологий на востоке Китая имплантировали микроэлектроды в мозг голубя, чтобы они могли дистанционно управлять им, чтобы он летел вправо или влево, вверх или вниз.
Использование и обоснование
Считается, что животные с дистанционным управлением могут иметь несколько потенциальных применений, заменяя потребность в людях в некоторых опасных ситуациях. Их применение расширяется, если они оснащены дополнительными электронными устройствами. Маленькие существа, оснащенные камерами и другими датчиками, были предложены как полезные при поиске выживших после обрушения здания, при этом тараканы или крысы были маленькими и достаточно маневренными, чтобы попасть под завалы.
Было предложено несколько вариантов использования дистанционно управляемых животных в военных целях , особенно в зоне наблюдения. Дистанционно управляемые акулы-собачки сравнивают с исследованиями использования дельфинов в военных целях . Было также предложено использовать крыс с дистанционным управлением для разминирования. Другие предлагаемые области применения включают борьбу с вредителями, картографирование подземных территорий и изучение поведения животных.
Разработка роботов, способных выполнять те же действия, что и контролируемые животные, часто бывает технологически сложной и дорогостоящей. Полет очень сложно воспроизвести при приемлемой полезной нагрузке и продолжительности полета. Использование насекомых и использование их естественных способностей к полету дает значительное улучшение характеристик. Таким образом, доступность «недорогих органических заменителей» позволяет разрабатывать небольших управляемых роботов, которые в противном случае в настоящее время недоступны.
Похожие приложения
Некоторыми животными управляют дистанционно, но вместо того, чтобы направлять их влево или вправо, животное не может двигаться вперед или его поведение изменяется другими способами.
Ударные ошейники
Шоковые ошейники доставляют электрические разряды различной интенсивности и продолжительности на шею или другую часть тела собаки с помощью радиоуправляемого электронного устройства, встроенного в собачий ошейник. Некоторые модели ошейников также включают настройку тона или вибрации в качестве альтернативы шоку или в сочетании с ним. Шоковые ошейники теперь легко доступны и используются в целом ряде приложений, включая модификацию поведения, обучение послушанию и сдерживание домашних животных, а также военное, полицейское и служебное обучение. Хотя аналогичные системы доступны и для других животных, наиболее распространенными являются ошейники, предназначенные для домашних собак.
Использование шоковых ошейников является спорным, и научные доказательства их безопасности и эффективности неоднозначны. Некоторые страны ввели запреты или меры контроля за их использованием. Некоторые организации по защите животных предостерегают от их использования или активно поддерживают запрет на их использование или продажу. Некоторые хотят, чтобы на их продажу были наложены ограничения. Некоторые профессиональные дрессировщики собак и их организации выступают против их использования, а некоторые поддерживают их. Поддержка их использования или призывы к запрету со стороны широкой общественности неоднозначны.
Невидимые заборы
В 2007 году сообщалось, что ученые из Организации научных и промышленных исследований Содружества разработали прототип «невидимого забора» с использованием Глобальной системы позиционирования (GPS) в проекте, получившем название Bovines Without Borders. В системе используются ошейники с батарейным питанием, которые издают звуковой сигнал, чтобы предупредить рогатый скот, когда он приближается к виртуальной границе. Если корова подойдет слишком близко, ошейник издаст предупреждающий звук. Если это продолжится, корова получит электрический шок мощностью 250 милливатт. Границы проводятся с помощью GPS и существуют только в виде линии на компьютере. Никаких проводов и фиксированных передатчиков нет вообще. Скотину потребовалось меньше часа, чтобы научиться отступать, когда они услышали предупреждающий шум. Ученые указали, что до коммерческих единиц осталось до 10 лет.
Другой тип невидимого забора использует подземный провод, который посылает радиосигналы, чтобы активировать шоковые ошейники, которые носят животные, которые «загорожены». Система работает с тремя сигналами. Первый - визуальный (белые пластиковые флажки, расположенные с интервалами по периметру в огороженной территории), второй - слышимый (ошейник издает звук, когда животное в нем приближается к проложенному кабелю), и, наконец, поражение электрическим током указывает на они достигли забора.
Остальные невидимые ограждения беспроводные. Вместо того, чтобы использовать скрытый провод, они излучают радиосигнал от центрального блока и активируются, когда животное выходит за пределы определенного радиуса от блока.
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- Гонка за создание «насекомых-киборгов» , The Guardian