Как тараканы и муравьи помогают строить роботов? Для чего пчелам нужен танец? Почему умные насекомые живут меньше? На эти и другие вопросы ответил зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий, лауреат премии «За верность науке» Илья Гомыранов. Его лекция прошла во вторник, 5 декабря, в Информационном центре по атомной энергетике (ИЦАЭ) Воронежа в рамках проекта «Энергия науки».
Проект «Энергия науки» создан ИЦАЭ, чтобы знакомить регионы с новейшими научными открытиями и идеями.
Рожденный ходить летать не может
Леонардо да Винчи грезил мечтами о машущем полете. Он был первым, кто задумался о том, что можно «подворовывать» технологии в дикой природе. Да Винчи копировал у животных все конечности, которые помогают им летать.
В России идея полета захватила художника Владимира Татлина. Вместе с помощниками в 1929–1932 годах он пытался соорудить аппарат, который поднял бы человека в воздух (орнитоптер), который назвал «летатлин». Один такой хранится сейчас в Третьяковской галерее. А затем инженеры и просто неравнодушные от идеи машущего полета перешли к планирующему.
Французский портной Франц Райхельт создал костюм весом около 25 кг, включающий ткань и каркас. Райхельт считал, что такой костюм сможет удержать в воздухе человека весом 70 кг (столько весил сам портной). Он проводил много экспериментов: бросал макеты с пятого этажа квартиры, где жил, они разбивались. Райхельт считал, что это случалось из-за небольшой высоты. В конце концов ему дали разрешение на проведение эксперимента на Эйфелевой башне, при условии, что скинет макет. Но в последний момент Райхельт решил сам прыгнуть с первого яруса, что привело к трагическим последствиям. Франц Райхельт был не очень хорошим инженером, но хорошим портным.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
«Сожмется, но не пострадает»
Животные и растения, которые существуют на Земле, идеально приспособлены для своей среды обитания, потому что в ходе эволюции у них в организме остается только самое необходимое для выживания.
Насекомые существуют повсюду. Именно их строение начали изучать исследователи, чтобы в дальнейшем использовать результаты в жизни человека. По словам Ильи, проще всего ставить эксперименты с теми насекомыми, которых можно содержать в лаборатории, которые крупные и быстро размножаются. Таковыми являются тараканы. Самыми популярными можно назвать американских и мадагаскарских.
В 2013 году был проект – коробочка с готовым набором для создания таракана-киборга в домашних условиях. Маленький процессор подключался к телефону, где было установлено приложение. У таракана отрезали усики и вставляли электроды. По ним в мозг подавался электрический ток, и тараканом можно было управлять. Этот принцип использовали в 2021 году для создания более технологичного робота, который с помощью тепловизоров снимает окружающую обстановку. При температуре 36−37 градусов таракану подается сигнал, что ему нужно повернуть в ту или иную сторону. Эта технология могла бы помочь, например, при поиске людей под завалами.
Суперспособность тараканов – их очень сложно раздавить. Это происходит благодаря нескольким слоям плотного и твердого хитина и эластичного ризелина: таракан может сжаться, но не пострадает.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
В последнее время проводится много экспериментов, основанных на строении таракана. Например, в 2016 году был создан робот, четко копировавший мадагаскарского таракана. Его можно было сплющить в два раза. А в Калифорнийском университете в Беркли разработали робота, основа которого – тонкая и гнущаяся пластина, при этом очень крепкая и способная выдержать вес до 60 кг.
Муравьиная иерархия
Несмотря на то, что тема полета долгое время увлекала ученых, они все же обратили внимание на муравьев – нелетающих, но очень сильных.
Есть самка и самец, которые умеют летать, но не могут поднимать большой вес. Когда после спаривания самец погибает, самка зарывается под землю, отгрызает себе крылья и становится муравьиной маткой.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
Он добавил, что рабочие муравьи – это бесплодные самки. Они выполняют все функции, которые есть в муравейнике. За счет отсутствия способности летать, рабочие муравьи используют всю мускулатуру (в том числе и ту, которая могла бы служить для движения крыльев), чтобы поднимать очень тяжелый вес.
Самая эффективная группа муравьев – 10 особей. Они легко договариваются между собой, работают слажено и переносят большой вес. Если же муравьев больше, то работа становится менее слаженной, начинаются конфликты.
Когда муравьи несут какой-то предмет, то их челюсти заняты, а значит и защищаться насекомые не могут. В этом случае «грузчик» сажает на листочек «охранника». Если нападет птица или какой-то хищник попытается укусить муравья-тяжеловеса, то маленький муравей сверху будет защищать его. Обычно это старый муравей, которого не жалко потерять, потому что он никакую функцию больше нести не может, зато отлично цепляется челюстями и спасает жизнь молодого муравья-тяжеловеса.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
По словам зоолога, муравьи – гениальные насекомые. Они умеют считать до 30, отлично запоминают дорогу. Ученые активно изучают их способность ориентироваться на местности.
В 2019 году создали робота. Встроенный искусственный интеллект был настроен на движение муравьев. То есть в обычной жизни насекомое проходит определенное расстояние с препятствиями, а на обратном пути бежит не ломанными линиями, а наискосок. Благодаря встроенной в робота камере удалось увидеть, что он также прошел свой путь, обработав дорогу и сократив длину маршрута в обратную сторону.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
В 2015 году компания «Festo», производящая бионических роботов, представила роботов BionicANTs (дословно – бионические муравьи. – Прим. авт.). Они предназначены для демонстрации совместных действий, которые показывают обычное поведение муравьев в природе. А ученые Стэнфорда, вдохновившись муравьями, создали миниатюрных роботов. Десять из них, общим весом 170 граммов, могут сдвинуть автомобиль.
Разговоры муравьев
Также зоолог кратко рассказал, что проводилось много экспериментов с участием муравьев. Пройдя через лабиринт, муравей-разведчик сообщал своим сородичам, как и куда им нужно идти. Другой же опыт состоял в том, что на определенные зубчики расчески наносили капли сиропа, и муравьи должны были прибежать к нему.
Если сироп был на третьем, шестом и девятом зубцах, то муравьишка видел это и рассказывал другим. Мы не знаем точно, говорил ли он, что нужно поворачивать на каждом третьем зубце, но скорость передачи сигнала становилась резко короче.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
Илья отметил, что есть вероятность того, что муравьи при своем общении обобщают, но умеют это делать немногие – только разведчики, а их всего 1%. Обычные муравьи не могут передать такой сложный сигнал, не умеют считать.
Но это эволюционно выгодно: когда в популяции слишком много умных особей, продолжительность их жизни резко сокращается, потому что мозг требует много энергозатрат.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
Пчелиные танцы
В разработках ученые и исследователи опираются и на знания о пчелах. С 2016 года в некоторых самолетах используется метод оптического потока, позаимствованный у этих насекомых. Он помогает более точно посадить самолет на полосу.
Кроме того, предметом интереса стало не только пчелиное зрение, но и их язык танцев – своеобразный способ общения. Обычно им пользуется пчела-разведчик. Она улетает из улья в поисках цветочного поля, запоминает расстояние и направление полета. Затем, вернувшись, пчела садится на стенку улья в полной темноте и начинает рисовать восьмерки. В зависимости от количества восьмерок, движения брюшка и направления оси тела «разведчика», все остальные понимают, на какое расстояние и в какую сторону нужно лететь, делая поправку на движение солнца.
Считалось, что пчелы оставляют запаховую метку, и остальные пчелы ее считывают. Но с созданием роботов, которые внешне на пчел не похожи, стало понятно, что все дело в вибрациях – роботы издавали вибрации, двигались как пчелы, и другие пчелы, увидев это, полетели в нужную сторону.
Самый маленький
Также Илья Гомыранов рассказал, что самые маленькие роботы сегодня сделаны из биметалла (материал, состоящий из двух слоев разнородных металлов и сплавов. – Прим. РИА «Воронеж»). Они нужны для того, чтобы запускать их в кровеносные сосуды.
Они изгибаются под воздействием температуры. Если запустить их в сосуды и начать то нагревать, то остужать, робот будет двигаться. В нужном направлении его можно тянуть с помощью магнита. Их хотят сделать для адресной доставки лекарств или для разрушения некоторых структур – например, тромбов.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
Кроме самого маленького робота, Илья рассказал и о жуке-перокрылке. Это одно из самых маленьких насекомых на планете. Буквально жучок размером с пыль.
Считалось, что перокрылки не могут летать из-за небольших и слабых мышц. Оказалось: в воздухе жучки крыльями не машут, а гребут, как при использовании весел. При его размерах воздух превращается в вязкую среду, что позволяет жучку отталкиваться от окружающей среды.
Зоолог отметил, что изучение перокрылок может помочь в медицине. С их помощью можно создать винты для микророботов, которые смогут двигаться в вязкой человеческой крови.
У этих жучков нейроны лишены ядра. Клетка без ядра может жить, но не делится. В таком случае нервная система не восстанавливается. При этом из-за деления клеток – прежде всего неконтролируемого – возникает раковая опухоль (в том числе и опухоль мозга). Но у этих насекомых такой проблемы нет. Сейчас работа клеток без ядра активно изучается, и, возможно, с помощью этих исследований будет найден способ борьбы с раковыми заболеваниями.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
«Тараканы любят сладенькое»
После лекции все желающие могли Илье Гомыранову задать вопросы. Одни интересовались научным аспектом при создании новых роботов, другие – чем-то из области фантастики. Один из слушателей спросил: «Какой робот стал бы самым перспективным?» Илья ответил, что это был бы робот, который мог бы убивать других насекомых – например, комаров.
А некоторых волновали бытовые проблемы. Из зала у Ильи спросили, как можно приручить домашнего таракана.
Тараканы любят сладенькое. Если хотите приручить таракана, то угостите его сладким. Таракан-мальчик дарит своей девочке глюкозу, которую выделяет его брюшко. Когда люди догадались о том, что тараканы любят сладкое, то стали добавлять глюкозу в яды. Самки начали быстро умирать, но потом оказалось, что часть тараканов любит другой сахар, и из-за этого они умирали меньше. Потом самцы стали выделять иной секрет и начали давать больше потомства.Илья Гомыранов
Зоолог, сотрудник Сколковского института науки и технологий
По словам Ильи Гомыранова, сегодня большая часть тараканов глюкозу не любит. Поэтому в ядах сейчас используют другие виды сахара.
){kind=link}