Forscher untersuchen Insekten-Cyborgs zur Verbesserung der Steuerung biohybrider Roboter!
Einer aktuellen Studie zufolge könnten Insekten-Cyborgs das Potenzial für die Entwicklung kleiner, hochmobiler und effizienter Geräte haben.
Insekten-Cyborgs, eine Verschmelzung von lebenden Insekten und elektronischen Stimuli zur Steuerung ihrer Bewegungen, sind nicht länger nur Science-Fiction.
Laut einer kürzlich in der Fachzeitschrift eLife veröffentlichten Studie könnten Insekten-Cyborgs ein Potenzial für die Entwicklung von kleinen, hochmobilen und effizienten Geräten haben.
Aufgrund der Unterschiede im Nerven- und Muskelsystem der verschiedenen Insekten gibt es jedoch erhebliche Herausforderungen bei der Weiterentwicklung dieser Technologie, die sich noch in einem frühen Stadium befindet.
Beziehung zwischen elektrischer Stimulation und Drehmoment
Mit einem Team unter der Leitung von Dai Owaki, außerordentlicher Professor an der Abteilung für Robotik der Tohoku University's Graduate School of Engineering, wurde die Beziehung zwischen elektrischer Stimulation und Drehmoment (die Drehkraft, die das Bein bewegt) in den Beinmuskeln von Stabheuschrecken untersucht.
Die Studie konzentrierte sich auf drei Beinmuskeln, die für die Bewegung des Insekts wichtig sind: einen für den Vortrieb, einen für die Gelenksteifigkeit und einen für den Übergang zwischen Stehen und Schwingen des Beins. Die Forscher führten Experimente durch, bei denen sie einen einzelnen Beinmuskel elektrisch stimulierten, während sie den Körper der Stabheuschrecke unbeweglich hielten, was zu gehähnlichen Bewegungen führte.
"Auf der Grundlage unserer Messungen konnten wir ein Modell erstellen, das das erzeugte Drehmoment vorhersagte, wenn verschiedene Muster der elektrischen Stimulation auf die Beinmuskeln angewendet wurden", erklärt Owaki.
"Wir haben auch eine fast lineare Beziehung zwischen der Dauer der elektrischen Stimulation und dem erzeugten Drehmoment festgestellt, d.h. wir konnten vorhersagen, wie viel Drehkraft wir erzeugen würden, indem wir einfach die Länge des angelegten elektrischen Impulses betrachteten.
Mögliche Anwendungen und zukünftige Forschung
Diese Erkenntnisse werden es den Wissenschaftlern ermöglichen, die Motorsteuerung von biohybriden Robotern zu verbessern und deren Bewegungspräzision zu erhöhen. Das Forschungsteam räumt jedoch ein, dass weitere Forschung notwendig ist, und nennt einige der Schritte, die unternommen werden müssen.
"Zunächst müssen Modellversuche an frei laufenden Insekten durchgeführt und die elektrischen Reize verfeinert werden, um natürliche neuromuskuläre Signale besser zu imitieren", ergänzt Owaki.
Auch wenn noch einige Herausforderungen zu bewältigen sind, stellt diese Studie einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der Dynamik von Insekten-Cyborgs dar und ist vielversprechend für die Entwicklung von anpassungsfähigen und hochmobilen Geräten mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten.