Robo Roach - 💡 Fix My Ideas

Robo Roach

Robo Roach


Autor: Ethan Holmes, 2019

Informe de error: Un RoboRoach se toma un merecido descanso después de una demostración pública en un café en Woods Hole, Massachusetts.

Te despiertas con un deseo de hacer algo de ingeniería neural. Abre el terrario de insectos, saca el escarabajo de la flor de su mascota, la polilla del tabaco o la cucaracha y enciende un interruptor en la espalda del insecto. Con tu control remoto, comienzas a conducir a tu insecto por la habitación.

Si bien esto puede sonar a ciencia ficción, los insectos controlados a distancia han existido durante 15 años. Comenzando a fines de la década de 1990, dos grupos de investigadores (en la Universidad de Tokio y en la Universidad de Michigan) lograron un control rudimentario del giro de las cucarachas. El trabajo en Estados Unidos se emprendió con el objetivo final de crear "robots híbridos" capaces de realizar la supervisión y el reconocimiento en casos de desastre. El trabajo se publicó en pequeñas revistas de comercio y recibió algo de prensa, pero pasó desapercibido. La investigación finalmente se desvaneció, con los científicos trabajando en otras aventuras.

Años más tarde, dos universidades más (Cornell y UC Berkeley) lograron un éxito notable y presionaron por su trabajo de prueba de concepto en escarabajos voladores y polillas con un diseño moderno de electrodos pequeños y técnicas quirúrgicas innovadoras.

¿Guay? ¿Extraño? ¿Revolucionario? ¿Horrendo? Depende de su disposición. Quizás estés inspirado por estos insectos y quieres trabajar en tales experimentos también. Desafortunadamente, a menos que esté en uno de estos cuatro laboratorios de investigación (un total de aproximadamente 15 personas en el mundo) no tendrá acceso al extenso equipo y los fondos gubernamentales necesarios para construir su interfaz de robot-insecto.

Una interfaz de insectos robot bricolaje

¿Suena totalmente injusto? Estás de suerte. Durante los últimos dos años, nosotros en Backyard Brains hemos estado trabajando para hacer que la neurotecnología que solo se encuentra en laboratorios de investigación avanzada esté disponible para estudiantes de todas las edades (bueno, principalmente a partir de los 12 años). Al hacer que el equipo sea barato y fácil de usar, estamos haciendo posible que todos realicen experimentos neurológicos y aceleren nuestra comprensión del sistema nervioso.

Para nuestro último proyecto, queríamos desarrollar un "RoboRoach" de bajo costo para demostrar los principios de neuroestimulación a los estudiantes. Este proyecto comenzó como una asignación de diseño de alto nivel que administramos y patrocinamos en la Universidad de Michigan en 2010. Por razones de costo, no queríamos construir nuestros propios circuitos de control remoto desde cero, por lo que buscamos en las tiendas de juguetes para los más pequeños y livianos. circuito de control remoto más barato que pudimos encontrar (un trabajo difícil, pero alguien tiene que hacerlo). Nos decidimos por el Hexbug Inchworm, ya que el circuito es liviano (1 gramo), funciona con solo 3 voltios (por lo que podemos usar una batería de celda pequeña), tiene 2 grados de libertad y cuesta solo $ 20.

Para dirigir el RoboRoach, retiramos el circuito del juguete y alimentamos la salida del controlador del motor a las antenas de la cucaracha usando cables plateados muy finos (0.003 "de diámetro, o calibre 40). Al tejido neural del interior de las antenas les gustan los pulsos bifásicos (pulsos tanto + como cuadrados), pero el Hexbug alimenta sus motores con CC (corriente continua). Pudimos convertir esta señal utilizando el temporizador más común en existencia, el 555 (en realidad, un primo de bajo poder, el 551). Al configurar el chip del temporizador en un modo astable y colocar un condensador en la salida (eliminando el offset de CC), pudimos hacer que el circuito del estimulador entregue pulsos de 55Hz. Esto está justo en el rango que las neuronas prefieren.

El paquete total final, que incluye el conector, la batería 2016, nuestros tableros de circuitos personalizados 551 y la plataforma Hexbug, pesa 7 gramos. Una cucaracha grande que pesa 3 gramos puede transportar más de 9 gramos para experimentos de 10 minutos. La mochila es desmontable, por lo que la cucaracha solo la usa temporalmente (cuando no está enchufada, el insecto es libre de comer lechuga fresca, beber agua, hacer bebés, correr en la oscuridad y hacer lo que las cucarachas hacen y pensar).

Cómo dirigir una cucaracha

Para hacer que la cucaracha gire cuando corramos, aprovechamos su comportamiento motor natural. A las cucarachas les gusta correr junto a una pared. Cuando su antena roza algo, se giran para que corran paralelas a ella. Esto es parte de su "mecanismo de escape". Los impulsos bifásicos hacen que el insecto piense que sintió un roce en una de sus antenas, al estimular los nervios que normalmente conducen la información sobre las cosas que toca la antena. Los pulsos hacen que los nervios disparen mensajes eléctricos (llamados "picos") al cerebro. El resultado final es que la cucaracha girará en la dirección opuesta a la antena que activamos a través de la estimulación.

Como biólogos, debemos enfatizar que las cucarachas no son realmente robots. Tienen sistemas nerviosos completamente funcionales que muestran algunas propiedades maravillosas como el aprendizaje y la adaptación. La razón por la

En última instancia, la investigación nunca fue impulsada más allá, ya que los insectos eventualmente aprenden a ignorar la estimulación. Nuestros cerebros (al igual que los de ellos) eventualmente ignoran las cosas que no tienen relevancia conductual (cosas que ni nos lastiman ni nos ayudan). Después de aproximadamente 10 pruebas de estimulación, la respuesta de giro de la cucaracha disminuye notablemente y, finalmente, se detiene por completo.

Pero, si la cucaracha se coloca de nuevo en su jaula durante un par de horas, se olvida y la estimulación vuelve a funcionar. Después de aproximadamente una semana, sin embargo, la estimulación deja de funcionar por completo. No sabemos por qué, pero sospechamos que es más probable que se deba a la bioincrustación de los electrodos.

El RoboRoach Kit

Aparte de eso, nos complace informar que después de un año de trabajo de desarrollo, tenemos prototipos de trabajo y estamos empezando a demostrar y distribuir nuestros kits de cucarachas con control remoto a aficionados, escuelas secundarias y universidades. También nos enorgullece decir que el proyecto fue totalmente autofinanciado y que el costo total de creación de prototipos (sin incluir la capacidad intelectual y la mano de obra) durante el año pasado fue de alrededor de $ 1,000.

Hay beneficios educativos reales para estos bio-robots. Las mismas técnicas utilizadas en el RoboRoach también se usan en la estimulación cerebral profunda (DBS) para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y en los implantes cocleares para restaurar la audición en personas sordas. Estos dispositivos clínicos todavía son relativamente toscos y tienen mucho margen de mejora. Si cada vez más ingenieros y biólogos jóvenes trabajan en los problemas de las interfaces neuronales, quizás se produzca un renacimiento en la neurotecnología y el tratamiento de las aflicciones del sistema nervioso.

Esperamos que lo que tengamos para gastar el dinero de los contribuyentes y los años de nuestro tiempo en la escuela de posgrado para estudiar (es decir, la neurofisiología del cerebro de los mamíferos) se convierta en información accesible y común en la escuela secundaria durante los próximos 20 años.

Si desea obtener más información, visítenos en roboroach.backyardbrains.com.



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