Введение

Содержание

2. Содержание.................................................................................................................................... 3

3. Введение......................................................................................................................................... 4

4. Методика......................................................................................................................................... 5

5. Результаты..................................................................................................................................... 14

6. Литература.................................................................................................................................... 15

Многие поколения ученных привлекала идея управления поведением животных. Для достижения этой цели использовались исследования в таких областях как фармакология, психиатрия и электрофизиология. Однако до сих пор эта задача сталкивается со значительными трудностями.

В начале 21-ого века стала активно спонсироваться микро-робототехника. Область применения созданных микро-роботов невероятно обширна — начиная с фундаментальных исследований поведения живого организма, заканчивая военным или даже двойным назначением.

Микро-робототехника имеет два основных направления: создание полностью механизированного существа, или создание насекомого-гибрида при помощи внедрения в него искусственной сенсорно-информационной (ИСИ) системы. Перспективные разработки в области создания сверхминиатюрных дистанционно управляемых гибридных биороботов могут быть основаны на интеграции моторики насекомых и ИСИ микросистем, а так же добавлением приборов видеонаблюдения или звукозаписи.

Более перспективным направлением из этих двух, безусловно, является создание робота-гибрида, в связи с тем, что для обеспечения его работоспособности нам необходим более компактный источник питания, предназначенный для поддержания работоспособности ИСИ и дополнительных агрегатов, в то время как для миниатюрного робота необходимо больше энергии, поскольку помимо вышеназванных компонентов необходимо снабжать энергией систему привода движения, что по потребляемой мощности значительно превосходит системы радиосвязи и генератор слаботочных управляющих импульсов.

В мире существуют работы, показывающие возможность управления поведением, но параметры управляющих воздействий не известны, а в России аналогичные работы не ведутся. Нами была поставленная задача роверить принципиальную возможность управления насекомым и определить необходимые для последующих экспериментов, по созданию сверхминиатюрных дистанционно управляемых гибридных биороботов на основе интеграции моторики насекомых, параметры.

4. Методика

Наша лаборатория обратила внимание на то, каких городских насекомых возможно использовать в качестве гибридов. В городе создается конгломерат самых разнообразных условий. Естественно, что фауна отапливаемых помещений, подвалов, балконов, промышленных и складских строений, улиц и парков должна быть совершенно различной. Типичными для всех этих местообитаний является их мозаичность, расчлененность, что затрудняет миграции от одного местообитания к аналогичному другому (островной эффект). Но даже в пределах такого местообитания выявляются не связанные друг с другом группы видов, в отапливаемых жилых домах можно встретить

1) Различных вредителей запасов (например, малого мучного хрущака, хлебного точильщика, зернового долгоносика, некоторых бабочек–огневок)

Рис 1. Зерновой долгоносик (по: http://www.medical-enc.ru/3/vrediteli_zerna.shtml)

2) Вредителей материалов и изделий (например, домового усача, платяную моль, разнообразных кожеедов)

Рис 2. Усач домовый(по: https://ru.wikipedia.org/wiki/Усач_домовый)

3) Паразитов человека (например, постельного клопа, комаров Culex pipiens molestus), паразитов домашних животных и синантропных грызунов (например, блох)

Рис 3. Клоп(по: http://wiki.ru/sites/biologiya/id-news-439565.html)

4) Паразитов домашних животных и синантропных грызунов (например, блох)

5) Обитателей плесени, а также водорослево–бактериальных нарастаний на "потеющих" в зимнее время трубах (некоторых ногохвосток, щетинохвостку – сахарную чешуйницу, насекомых, потребляющих остатки пищи и пищевые отходы (тараканов, некоторых дрозофил, некоторых муравьев) 6) Синантропных двукрылых, которые, однако, обычно размножаются за пределами помещения 7)Фитофагов на комнатных растениях (прежде всего тлей и щитовок, некоторых клещей), а также паразитов этих фитофагов, детритофагов, живущих в почве цветочных горшков и под ними (ногохвостки, некоторые мелкие двукрылые).

4. Постановка задачи 1. Разработать и изготовить ИСИ микросистему 2. Разработать метод и изготовить систему интеграции микросистемы и живого объекта. 3. Провести серию опытов, подтверждающих принципиальную возможность управления насекомыми.

рис 4. Блоха(по: http://bloha.parazit-net.ru/)

5) Обитателей плесени, а также водорослево–бактериальных нарастаний на "потеющих" в зимнее время трубах (некоторых ногохвосток, щетинохвостку – сахарную чешуйницу, насекомых, потребляющих остатки пищи и пищевые отходы (тараканов, некоторых дрозофил, некоторых муравьев)

Рис 5. Щетинохвостка (по: http://elementy.ru/news/431040?page_design=print)

6) Синантропных двукрылых, которые, однако, обычно размножаются за пределами помещения.

Рис 6. Муха домовая(по: http://www.floranimal.ru/orders/2733.html)

7) Фитофагов на комнатных растениях (прежде всего тлей и щитовок, некоторых клещей), а также паразитов этих фитофагов, детритофагов, живущих в почве цветочных горшков и под ними (ногохвостки, некоторые мелкие двукрылые).

Рис 7. Листоед (по: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/158002)

Однако после рассмотрения типичных для наших широт видов насекомых мы пришли к выводу, что современные технологии не способны обеспечить генератор столь маленьким источником питания, чтобы последний умещался на данных насекомых.

Тогда внимание было обращено на завезенных тропических видов насекомых, которые прижились благодаря влажному и теплому климату таких мест как туннели метрополитена, котельные станции и подвалы жилых зданий:

Рис 8. Американский таракан (по: http://ru.wikipedia.org/wiki/Таракан_американский)

Рис 9. Жук-носорог (по: http://www.tepid.ru/rhinoceros-beetle.html)

Рис 10. Жук-геркулес (по: http://usingpeople.net/dynastes-hercules/)

Рис 11. Сага(по: https://www.flickr.com/photos/invertsfromhell/3881372504/in/photostream/)

Рис 11.1. Мадагаскарский таракан (Снято в нашей лаборатории.)

Мадагаскарский таракан - необычное для наших широт животное, которое было завезено в качестве домашнего и прижилось, как и предыдущие, в канализационных коллекторах и метро. В качестве подопытного образца возьмем именно это насекомое, поскольку оно обладает большими размерами и довольно удобно для начального этапа исследования, поскольку позволяет использовать большие модули управления и не требует очень точной работы закрепления электродов.

Рис 11.2. Расположение органов чувств

1) Джонстов орган. Располагается он на антеннах, точнее, на вторых члениках усиков. Он реагирует на движение воздуха, воспринимает его сотрясение и контакт с твердыми субстратами.

2) Тимпальные органы представлены в виде овалов или щелей, затянутых мембраной. У этих насекомых устройство тимпанальных органов особенно сложно. Под перепонкой располагаются отверстия крупных по диаметру трахей.

3) Церкальные органы (слуховые волоски). Они берут начало от кутикулы и свободно заканчиваются. Визуально они могут не отличаться от других волосков на теле, однако имеют способность воспринимать звуковые волны.

4) Органы зрения (простые и сложные глаза). Простые глаза содержат лишь одну линзу,и у бескрылых форм они нередко атрофированы. Сложные глаза состоят из сотен или тысяч фасеток, способных воспринимать цвет вплоть до ультрафиолетового.

5) Хеморецепторы. Расположены практически на всех конечностях насекомого и способны чувствовать разность концентрации запахов в несколько молекул.

Выбор управляющего воздействия изложен в виде таблицы.

Таблица 1.

Методы воздействия на биологические объекты.

Вид воздействия	Положительные особенности	Отрицательные особенности	Физическое воздействие
Акустическое воздействие.	Простота реализации; низкая стоимость создания и проектирования.	Сложность реализации направленного воздействия; большие габаритные размеры, большой вес; эффект "привыкания".	Для насекомых 12-100 кГц.
Воздействие на зрительные органы.	Снижение эффекта привыкания, по сравнению с акустическим воздействием; упрощение схемы.	Сложность реализации направленного воздействия; большие массогабаритные характеристики; низкая эффективность при воздействии на насекомых.	Импульсы длительностью 35 мкс в диапазоне 350-1100 нм
Воздействие электрическим полем.	Высокий уровень воздействия на насекомых;	Сложность создания направленного воздействия в заданных массогабаритных характеристиках	0,5-0,8 кВ/м с частотой близкой к частоте колебаний усиков насекомого.
Воздействие электрическими импульсами.	Высокий уровень контроля биообъекта; допустимые массогабаритные характеристики.	Сложность подведения и закрепления электродов.	Постоянным током или импульсами определенной конфигурации в зависимости от метода.

+

Этапы проведения эксперимента:

Этап №1.

На начальном этапе работ необходимо доказать принципиальную возможность управления. По этому используем простой промышленный(для постройки электромоделей) генератор импульсов. Генератор подает прямоугольные импульсы заданной пользователем длительности. Генератор подает импульсы на медные зачищенные электроды.

Рис 12. Форма генерируемых импульсов

Этап №2.

Схема подачи импульсов должна соединятся с зоной управления таракана, которая в данном случае представляла из себя нервные окончания внутри уса. Для более простой установки схемы таракан замораживался в камере при температуре приблизительно -2°С в течении 15 минут, далее производился срез полого уса, в него помещался электрод и все это закреплялось биологическим клеем — смесью воска и канифоли.

Рис 13. Места крепления электродов

1) Место крепления положительного электрода.

2) Место крепления индифферентного(заземляющего) электрода.

Этап №3.

Разморозка таракана происходит в течении 10-15 минут при температуре +25-30°С. Далее таракан готов к управлению: подачу электрического импульса таракан воспринимает как раздражитель, и стремиться покинуть область раздражения, как следствие, бежит в противоположную сторону, то есть если электрод слева, то таракан бежит вправо. Для упрощения проведения эксперимента сама схема не прикреплялась к таракану.

Дата добавления: 2015-06-27