Tel Aviv Universiteit Robot Gebruikt Sprinkhaan Oor om te Horen en te Reageren op Geluid

Biologische Sensor Geïntegreerd in Robotisch Platform: "Oor-op-een-chip"

Een robot die ontwikkeld wordt aan de Tel Aviv Universiteit "hoort" elektrische signalen, dankzij een natuurlijke sensor: het oor van een dode sprinkhaan.

Tot nu toe is de roep en respons die mogelijk is gemaakt door een sprinkhaar-oor-robot een basis een. Wanneer een onderzoeker klapt, registreert het sprinkhaan-oor het geluid en beweegt de robot voorwaarts. Wanneer een onderzoeker tweemaal klapt, beweegt de robot achterwaarts.

De demonstratie, van het combineren van robotische platforms en biologische elementen, opent de deur voor een spannende set nieuwe toepassingen, volgens Dr. Ben M. Maoz, een hoofdonderzoeker op het project en professor aan de Iby en Aladar Fleischman Faculteit van Engineering en de Sagol School van Neurowetenschap.

"Je kunt je alle soorten taken voorstellen die vandaag dieren-sensoren gebruiken, die vervangen kunnen worden door zulke robots. Bijvoorbeeld, zoals ruiken van drugs en explosieven," vertelde Dr. Moaz aan Tech Briefs.

De resultaten van de studie werden gepubliceerd in het tijdschrift Sensors.

Hoe het Sprinkhaan-Oor-op-een-chip Eruitziet

Een microfluidische chip verbindt met een op maat gemaakte zuigelektrode. De sprinkhaan-zenuw, gehuisvest in de chip, wordt in de zuigelektrode getrokken vóór opname. Het "oor-op-een-chip" fungeert als sensor en reageert dan op geluiden.

Naast de aangepaste chip en zuigelektrode, omvat het robotische platform een signaalversterker en een controller- en signaalverwerkersysteem (CSPS).

Het oor-op-een-chip houdt het oor levend door zuurstof en voedingsstoffen aan het orgaan te leveren, terwijl het de elektrische signalen uit het sprinkhaan-oor laat afnemen en versterkt en naar de robot overbrengt.

Samen met sprinkhaan-expert Prof. Amir Ayali (van de School of Zoology) en geluidsexpert Prof. Yossi Yovel (van de Sagol School of Neuroscience), verving Dr. Maoz de robot's elektronische microfoon door een dode insecten oor.

Het oor detecteert signalen uit de omgeving, in dit geval trillingen in de lucht. De speciale chip converteert dan de insecteninvoer naar die van de robot.

Dit soort prestatie – een vervanging van technologische systemen met biologische – stelt betere gevoeligheid en energie-efficiëntie in, volgens Dr. Maoz.

"Biologische systemen verbruiken verwaarloosbare energie vergeleken met elektronische systemen. Ze zijn miniatuur, en daarom ook extreem zuinig en efficiënt," zei Maoz in maart.

Tech Briefs Interview

Tech Briefs: Wat is de betekenis van deze prestatie?

Dr. Ben M. Maoz: De betekenis van dit werk is om een proof-of-concept te tonen dat we in staat zijn biologische elementen met robotische platforms te integreren. Meer specifiek tonen we aan dat we het gehoorsysteem kunnen nemen, wat kan dienen als invoer voor geluid, om een robot te navigeren.

Hier tonen we het voor het geluidssysteem, maar het opent veel deuren voor meer toepassingen.

Tech Briefs: Heb je de bedoeling een systeem te bouwen dat zuurstof en voedingsstoffen moet leveren? Of heb je de bedoeling om het sprinkhaan-oor na te bootsen en een hardware-equivalent te bouwen?

Dr. Maoz: Deze kwestie is een van de hoofduitdagingen van het project. We moesten een gesofisticeerd apparaat ontwerpen dat constant zuurstof en voedingsstoffen aan het sprinkhaan-oor levert om het levend te houden.

Tech Briefs: Moet je de voedingsstoffen vernieuwen? Hoe vaak?

Dr. Maoz: Ja, verse voedingsstoffen moeten aan het oor gegeven worden. We kunnen het handmatig doen na 4-6 uur of met een perfusiesysteem dat we hebben, wat het continu kan doen.

Tech Briefs: Hoe ziet dit systeem eruit?

Dr. Maoz: Het apparaat is een "microfluidische chip" die speciale kanalen en houder heeft die het oor dicht bij de lucht houdt, maar ook erin zit een specifieke vloeistof die de benodigde voedingsstoffen aan het oor levert.

Tech Briefs: Wat inspireerde je om voor een sprinkhaan te kiezen?

Dr. Maoz: Ik was gezegend om te werken met Prof. Yossi Yovel die een geluidsexpert is en Prof. Amir Ayali die een sprinkhaan-expert is. Dus we besloten hiermee te beginnen, bovenop de geweldige gehoorcapaciteiten die de sprinkhaan heeft.

Tech Briefs: Is de sprinkhaan-toepassing meer een demonstratie? Wat kun je doen met een robot die die soort detector heeft?

Dr. Maoz: Aangezien het project zo ambitieus was, wilden we beginnen met het integreren van een zin die relatief "makkelijk" te vergelijken is met elektronische sensoren (wat in dit geval een microfoon zal zijn). Nu we weten dat het concept eigenlijk werkt, werken we aan andere sensormogelijkheden (zoals ruiken) die veel uitdagender zijn om met de huidige technologie te creëren.

Tech Briefs: Zie je een toekomst waar de technologie meer biologisch is, als "Smellicopters?" Wat zijn de voordelen van meer biologische tech?

Dr. Maoz: Miljoenen jaren evolutie zijn in staat geweest om kleine, gevoelige en efficiënte sensoren te creëren die we niet in staat zijn na te bootsen met de huidige technologie. Daarom willen we deze geweldige sensormogelijkheden gebruiken en integreren met robotische platforms.

Tech Briefs: Wat is de volgende test? Geht het om het verfijnen van de sprinkhaan-toepassing, of het uitproberen van nieuwe ideeën met soorten organismen?

Dr. Maoz: We denken momenteel na over het integreren van "het beste van alle werelden," wat een array van sensoren van verschillende insecten kan zijn. Dit kan ofwel werken met één zin van meerdere organismen, ofwel meerdere sensoren van verschillende organismen. Na publicatie van de paper, contacteerden veel mensen ons met gekke en interessante ideeën en toepassingen waar we momenteel naar kijken.