Cyborg κατσαρίδες προορίζονται για επιχειρήσεις διάσωσης μετά από ισχυρούς σεισμούς

Σύνοψη

• Μηχανικοί βιορομποτικής στην Αυστραλία μετέτρεψαν γιγάντιες κατσαρίδες σε cyborg διασώστες.
• Τα έντομα φέρουν ελαφριές κάμερες και συστήματα αυτόματης έγχυσης φαρμάκων στην πλάτη τους.
• Δημιουργήθηκαν με σκοπό να διεισδύουν στα ερείπια των κτιρίων μετά από καταστροφικούς σεισμούς και να παρέχουν τις πρώτες βοήθειες.
• Το σύστημα καταγράφει εντυπωσιακό ποσοστό επιτυχίας 95% στις εγχύσεις από κοντινή απόσταση (έως 15 εκατοστά).
• Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι επιχειρησιακά σμήνη διάσωσης θα είναι έτοιμα προς ανάπτυξη τα επόμενα 5 έως 10 χρόνια.

Η αναζήτηση και διάσωση επιζώντων έπειτα από ισχυρούς σεισμούς αποτελεί μια από τις πιο απαιτητικές, επικίνδυνες και χρονικά πιεστικές επιχειρήσεις για τα συνεργεία έκτακτης ανάγκης. Όταν τα κτίρια καταρρέουν, δημιουργούνται στενοί και δυσπρόσιτοι θύλακες αέρα μέσα στα συντρίμμια, όπου συχνά παγιδεύονται άνθρωποι. Ο χρόνος μετράει αντίστροφα και η πρόσβαση των διασωστών είναι πρακτικά αδύνατη χωρίς την απομάκρυνση τεράστιων όγκων μπάζων, μια διαδικασία που απαιτεί προσοχή προκειμένου να μην προκληθούν περαιτέρω καταρρεύσεις. Ακριβώς σε αυτό το εξαιρετικά οριακό επιχειρησιακό κενό έρχεται να δώσει λύση μια ριζοσπαστική τεχνολογία από τον τομέα της εμβιομηχανικής (biorobotics), συνδυάζοντας την ανθεκτικότητα των εντόμων με ηλεκτρονικά συστήματα ακριβείας.

Μηχανικοί βιορομποτικής από το Πανεπιστήμιο του Queensland (UQ) σε συνεργασία με βιοϊατρικούς μηχανικούς του Πανεπιστημίου της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) στην Αυστραλία, προχώρησαν στην ανάπτυξη των λεγόμενων «paraborgs». Πρόκειται ουσιαστικά για αληθινές, ζωντανές κατσαρίδες οι οποίες φέρουν στην πλάτη τους ειδικά σχεδιασμένα μικροτσίπ, κάμερες και μικροσκοπικούς ιατρικούς εγχυτήρες, λειτουργώντας ως οι μικρότεροι δυνατοί πρώτοι ανταποκριτές στον τόπο της καταστροφής.

Με ποσοστό επιτυχίας 95% στις εγχύσεις από απόσταση 15 εκατοστών, τα μικροσκοπικά αυτά συστήματα καθοδηγούνται σε ερείπια για να προσφέρουν άμεση ιατρική βοήθεια στους εγκλωβισμένους πριν την άφιξη των διασωστών.

Η εμβιομηχανική προσέγγιση: Γιατί επιλέχθηκαν κατσαρίδες;

Οι ερευνητές βασίστηκαν σε ένα συγκεκριμένο είδος από το Queensland, την γιγάντια κατσαρίδα (Macropanesthia rhinoceros). Το συγκεκριμένο είδος επιλέχθηκε λόγω του μεγέθους, της εξαιρετικής φυσικής του αντοχής και της ικανότητας του να μεταφέρει σχετικά μεγάλα φορτία στην πλάτη του χωρίς να επηρεάζεται δραματικά η κινητικότητα του. 

Η διαδικασία ενσωμάτωσης του εξοπλισμού απαιτεί ιδιαίτερη ακρίβεια. Τα έντομα αναισθητοποιούνται προκειμένου να τοποθετηθούν τα ηλεκτρόδια και τα μικροτσίπ, ενώ, όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, τα πειραματόζωα συνεχίζουν τον φυσιολογικό κύκλο ζωής τους χωρίς καμία εμφανή επίπτωση μόλις αφαιρεθεί η ειδική εξάρτυση.

Η λογική πίσω από τη χρήση ζωντανών οργανισμών και όχι αποκλειστικά ρομποτικών μηχανισμών είναι καθαρά πρακτική και συνδέεται με τη διαχείριση της ενέργειας. Η δημιουργία ενός αυτόνομου μικρο-ρομπότ αυτού του μεγέθους που θα πρέπει να διαθέτει δικά του μοτέρ, μπαταρίες, κάμερες και μηχανισμό έγχυσης, προσκρούει στους τρέχοντες περιορισμούς της τεχνολογίας συσσωρευτών. Η ενέργεια που καταναλώνεται για την κίνηση των ποδιών ενός μικροσκοπικού ρομπότ εξαντλεί την μπαταρία μέσα σε ελάχιστα λεπτά, ενώ στην περίπτωση του paraborg, το ίδιο το έντομο αναλαμβάνει το ενεργειακό κόστος της κίνησης και της αποφυγής φυσικών εμποδίων χρησιμοποιώντας τη δική του εμβιομηχανική τελειότητα, επιτρέποντας στην μπαταρία του κυκλώματος να τροφοδοτεί αποκλειστικά τους αισθητήρες, την κάμερα και τον μηχανισμό επικοινωνίας.

Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα τηλεχειριζόμενο σύστημα αυτόματης έγχυσης κομμένο και ραμμένο στα μέτρα αυτού του συγκεκριμένου είδους κατσαρίδας, και στις δοκιμές απόδειξης της ιδέας, τα αποτελέσματα ήταν άκρως ενθαρρυντικά. Όταν η κατσαρίδα καλείται να εκτελέσει αποκλειστικά τη διαδικασία της έγχυσης βρισκόμενη σε απόσταση περίπου 15 εκατοστών από τον τελικό στόχο, το ποσοστό επιτυχίας αγγίζει το 95%. Όταν οι ερευνητές μέτρησαν το σύνολο της αποστολής, το οποίο περιλαμβάνει τη φυσική πλοήγηση μέσα στον χώρο, την τελική ευθυγράμμιση προς τον στόχο και την ολοκλήρωση της ένεσης, το ποσοστό διαμορφώθηκε στο πολύ ικανοποιητικό 72% για όλες τις δοκιμές.

Τα μηχανικά εμπόδια και η πρόκληση της πλοήγησης

Παρά τα θετικά αποτελέσματα, η καθοδήγηση του εντόμου προς τον ακριβή στόχο παραμένει μια τεράστια πρόκληση για την εφαρμοσμένη μηχανική. Ο υποψήφιος διδάκτορας Hai Nhan Le εξήγησε πως το έντομο πρέπει να καταφέρει να πλοηγηθεί σωστά στο εξαιρετικά ανώμαλο περιβάλλον των συντριμμιών, να φτάσει στον εγκλωβισμένο, να τοποθετηθεί με την απαραίτητη ακρίβεια και να παραμείνει απολύτως σταθερό καθ' όλη τη διάρκεια της έγχυσης του υγρού. Οποιαδήποτε απότομη κίνηση είτε του θύματος είτε του εντόμου κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας θα μπορούσε να αποβεί μοιραία για την επιτυχία της αποστολής, καθιστώντας τον έλεγχο της συμπεριφοράς της κατσαρίδας βασική προτεραιότητα των μελλοντικών αναβαθμίσεων του συστήματος.

Μια ενδιαφέρουσα παράμετρος που απασχολεί την επιστημονική κοινότητα αφορά την αντίδραση των ανθρώπων. Είναι απολύτως κατανοητό πως η θέα μιας γιγάντιας κατσαρίδας η οποία φέρει ηλεκτρονικά εξαρτήματα και κινείται γρήγορα προς το μέρος ενός ήδη τραυματισμένου ή τρομοκρατημένου ατόμου στα σκοτεινά, δεν αποτελεί μια ευχάριστη εμπειρία. Ωστόσο, όπως επισημαίνουν οι ερευνητές, όταν η εναλλακτική είναι ο αργός θάνατος από αιμορραγία ή ακραία αφυδάτωση μέσα σε μια κατεστραμμένη πολυκατοικία, η έλευση αυτού του μικροσκοπικού cyborg μπορεί πραγματικά να κάνει τη διαφορά ανάμεσα στη ζωή και τον θάνατο.

Η εφαρμογή της τεχνολογίας σε σεισμογενείς χώρες όπως η Ελλάδα

Η Ελλάδα αποτελεί μια από τις πλέον σεισμογενείς χώρες της Ευρώπης, διαθέτοντας αστικά κέντρα με παλαιά και πυκνοκατοικημένα κτίρια. Στο απευκταίο ενδεχόμενο μιας μεγάλης φυσικής καταστροφής, οι ομάδες διάσωσης καλούνται να δράσουν σε ένα εξαιρετικά εχθρικό περιβάλλον με άπειρους τόνους οπλισμένου σκυροδέματος. Η μελλοντική υιοθέτηση τέτοιων τεχνολογιών από τις αρμόδιες υπηρεσίες θα αποτελούσε ένα ασύγκριτο πλεονέκτημα. Τα έντομα αυτά θα μπορούν να εισέρχονται μέσα από τις πιο μικρές ρωγμές στο τσιμέντο, εντοπίζοντας άμεσα σημεία ζωής και διατηρώντας τους ανθρώπους στη ζωή μέχρι να φτάσουν τα βαρέα μηχανήματα απεγκλωβισμού.

Σύμφωνα με τον επικεφαλής Thang Vo-Doan, το μακροπρόθεσμο όραμα περιλαμβάνει την ανάπτυξη πολυάριθμων σμηνών, όπου το κάθε cyborg θα διαθέτει τη δική του εξειδίκευση. Κάποια θα μεταφέρουν φάρμακα, άλλα θα λειτουργούν ως ραδιοφάροι (beacons) για να υποδεικνύουν τη θέση του εγκλωβισμένου, και άλλα απλώς θα χαρτογραφούν τα υπόγεια επίπεδα των ερειπίων.