Uno scarafaggio non più grande di una grossa graffetta corre sul pavimento del laboratorio di Abhishek Dutta all'Università del Connecticut.

Alcuni scienziati potrebbero rimanere scioccati nel vedere un visitatore così famoso occupare il loro spazio di ricerca.

Ma non Dutta. Guarda attentamente mentre lo scarafaggio si sposta a sinistra, e poi a destra, poi di nuovo a sinistra, mentre attraversa il fresco pavimento di piastrelle. Il suo interesse è fondato, perché è lui che inizia i movimenti della minuscola creatura con un piccolo dispositivo portatile a circa 15 piedi di distanza.

Lo scarafaggio sibilante del Madagascar in questo laboratorio non è solo un vecchio membro dell'ordine Blattodea. È un ibrido robot-scarafaggio, un insetto biologico cablato – un cyborg se vuoi – e i suoi futuri fratelli high-tech potrebbero un giorno salvarti la vita.

"L'uso degli insetti come piattaforme per piccoli robot ha un numero incredibile di applicazioni utili, dalla ricerca e soccorso alla difesa nazionale, "dice Dutta, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica specializzato in ottimizzazione del sistema di controllo e sistemi cyber-fisici.

I robot scarafaggio non sono nuovi, però. I ricercatori hanno esplorato piattaforme biorobotiche per insetti per la maggior parte dell'ultimo decennio. Ma costruire sistemi robotici su una scala così piccola non è facile, e la tecnologia sembra funzionare solo circa la metà del tempo.

In un articolo di prossima pubblicazione su Atti del Convegno sulle Neuroscienze Cognitive Computazionali , Filadelfia 2018, Dutta, e lo studente universitario Evan Faulkner, un giovane che lavora nel suo laboratorio, segnalano la loro creazione di un microcircuito che, secondo loro, consente un controllo più affidabile e preciso del movimento degli insetti robotici.

Per migliorare il controllo dell'insetto, Il microcircuito di Dutta incorpora un'unità di misura inerziale a 9 assi in grado di rilevare i sei gradi di movimento libero dello scarafaggio, la sua accelerazione lineare e rotazionale, e la sua direzione della bussola. Un'altra caratteristica aggiunta da Dutta e Faulkner è la temperatura ambiente che circonda la creatura, perché i test hanno dimostrato che la temperatura dell'ambiente in cui si muove uno scarafaggio può influenzare come e dove si muove l'insetto. scarafaggi, per il record, sono più propensi a fare passeggiate quando fa caldo.

Il microcircuito creato da Dutta e Faulkner fa parte di un piccolo "zaino" elettronico che può essere legato alla schiena di uno scarafaggio. I fili del dispositivo sono collegati ai lobi delle antenne dell'insetto. Un minuscolo trasmettitore e ricevitore Bluetooth consente a un operatore nelle vicinanze di controllare i movimenti dello scarafaggio tramite un normale cellulare. L'invio di piccoli impulsi elettrici al tessuto nervoso nel lobo dell'antenna destro o sinistro dell'insetto fa credere all'insetto di aver incontrato un ostacolo. Una piccola carica all'antenna sinistra fa allontanare l'insetto verso destra. Allo stesso modo, una carica inviata all'antenna di destra fa muovere l'insetto a sinistra. È il servosterzo ridefinito.

Mentre altri laboratori hanno sviluppato sistemi di controllo simili, Il microcircuito di UConn è distintivo in quanto offre agli operatori un maggior grado di controllo del movimento dell'insetto, feedback in tempo reale della risposta neuromuscolare dell'insetto agli stimoli artificiali, e vie multicanale per stimolare il tessuto nervoso dell'insetto. Il risultato è un sistema di controllo più informato e preciso.

Il microcontrollore del sistema UConn e il potenziometro integrato consentono agli operatori di variare la tensione di uscita, frequenza, e ciclo degli stimoli inviati all'insetto. (Un potenziometro, se ti stai chiedendo, è il nome proprio di un dispositivo elettronico che regola la tensione. È la cosa che rende possibili gli interruttori dimmer della luce, e ti permette di regolare il volume sul tuo stereo.) Lo stimolo che ha provocato la risposta più robusta dallo scarafaggio era di circa 1,2 V di ampiezza, frequenza 55Hz, e ciclo di lavoro del 50 percento. (Nessun scarafaggio è stato ferito da questi esperimenti, a proposito.)

Una curiosità interessante che i ricercatori hanno notato è che i movimenti dello scarafaggio a sinistra oa destra in risposta alla stimolazione artificiale sono diminuiti di intensità dopo lo stimolo iniziale. Quindi se lo scarafaggio ha fatto una brusca svolta a sinistra dopo che il primo impulso elettronico ha colpito il lobo destro dell'antenna, il suo turno era meno drammatico con ogni successivo impulso a quel lobo. I ricercatori non sono sicuri del perché questo accada, ma è un'informazione utile sapere quando sei tu a fare lo sterzo.

Più importante, Dutta dice, il sistema ha consentito agli utenti di utilizzare il feedback in tempo reale inviato tramite il sistema Bluetooth per impostare parametri specifici per stimolare i lobi delle antenne dell'insetto, e questo ha permesso loro di guidare l'insetto nella direzione desiderata.

"Il nostro microcircuito fornisce un sofisticato sistema per acquisire dati in tempo reale sulla rotta e l'accelerazione di un insetto, che ci permette di estrapolare la sua traiettoria, " dice Dutta. "Crediamo che questo circuito chiuso avanzato, il sistema basato su modello fornisce un migliore controllo per manovre di precisione, e supera alcune delle limitazioni tecniche che attualmente affliggono i micro robot di oggi."

Mentre il nuovo microcircuito è sicuramente un passo avanti per la tecnologia degli insetti robot, Dutta riconosce che è necessaria molta più ricerca. Biobot guidati dagli insetti, potresti dire, sono ancora allo stadio larvale. I continui progressi nella progettazione di micro-hardware e nei sistemi di microcontrollo potrebbero portare a una nuova generazione di dispositivi che funzionano ancora meglio.