Инженеры учреждённой при Вагенингенском университете (Нидерланды) компании PATS построили одноимённую систему, предназначенную для борьбы с насекомыми в теплицах. Вредители обнаруживаются инфракрасными камерами и ликвидируются миниатюрными дронами.

Источник изображений: pats-drones.com

Система PATS включает в себя компоненты PATS-C и PATS-X. Компонент PATS-C составляет набор подключённых к интернету инфракрасных камер, которые устанавливаются по всей теплице. Изображение с камер обрабатывает алгоритм на основе искусственного интеллекта, который обнаруживает насекомых, пересекающих воздушное пространство над растениями. Далее на основании данных о размере насекомого и частоте взмахов его крыльев производится идентификация объекта. Если это представитель полезного вида, например, пчела, система на него не реагирует. В противном случае в дело вступает PATS-X.

PATS-X представляет собой один или несколько миниатюрных дронов, которые базируются на площадке с беспроводной зарядкой. При обнаружении вредителя PATS-C активирует дрон и отправляет его к местоположению вредителя — машина просто таранит его, перерубая своими винтами, и возвращается на «аэродром». Базовая версия PATS-C уже используется на 250 объектах по всей Европе — пока она просто информирует клиентов о появлении насекомых. PATS-X проходит испытания, а поставки ожидаются уже в этом году.

Выяснилось, что при полете двигатели дронов издают ультразвук в том же диапазоне, что и летучие мыши. Из-за этого некоторые мотыльки-вредители пытаются уклониться от PATS-X. С одной стороны, авторы проекта решили это учесть при разработке навигационного алгоритма. С другой, возникла идея установить в теплицах динамики, которые воспроизводят эти звуки и отпугивают насекомых.

Современная электроника в виде камер и микрофонов превзошла возможности людей и животных видеть и слышать. С обонянием всё намного сложнее, но электроника выручает и в этом: датчики газов, взрывчатых и наркотических веществ постепенно развиваются. Особенно перспективно направление на стыке биологии и электроники, когда рецепторы живых существ, обычно насекомых, включают в электрические схемы.

Источник изображения: Tel Aviv University

В недавнем прошлом было много экспериментов с усиками саранчи, которые отвечают у насекомого за определение запаха. Рецепторы в усиках посылают в нейронную систему саранчи электрические импульсы, значение которых можно расшифровать с помощью компьютерных алгоритмов, называемых сегодня искусственным интеллектом.

С помощью усиков саранчи ученые из Мичиганского государственного университета, например, учились искать по запаху раковые клетки и преуспели в этом. Ещё раньше были опыты с поиском взрывчатых веществ и, наверняка, было и есть что-то ещё в этой сфере. Сегодня о таком успешном опыте сообщили исследователи из Тель-Авивского университета, о чём подробно рассказали в статье в журнале Biosensor and Bioelectronics.

Учёные сделали автономное шасси с ИИ и датчиками на основе усиков саранчи. Алгоритм научился распознавать восемь «чистых» запахов, включая герань, лимон и марципан плюс две смеси разных запахов. При этом чувствительность гибридного «носа» оказалась в 10 тыс. раз больше, чем у современных специализированных анализаторов запахов. По словам разработчиков, однажды их платформа сможет находить наркотики, взрывчатые вещества и многое другое.

Ильдар Рахматулин из Университета Хериота-Уатта (Шотландия) совместно с коллегами построил недорогую лазерную установку, которая при помощи системы машинного зрения обнаруживает и отпугивает либо ликвидирует тараканов, эффективно действуя на расстоянии до 1,2 метра.

Источник изображения: github.com/Ildaron

Это уже не первый проект господина Рахматулина по данному направлению: ранее он построил систему, которая при помощи одноплатного компьютера Raspberry Pi и лазера обнаруживает и нейтрализует комаров. В новой итерации инженер заменил компьютер на более эффективный для алгоритмов машинного зрения NVIDIA Jetson Nano. При помощи двух камер система определяет местоположение насекомого; эти данные преобразуются в аналоговый сигнал с величиной напряжения от 0 до 5 В — сигнал попадает на гальванометр, который контролирует угол поворота двух зеркал, а они, в свою очередь, направляют лазерный луч в нужную сторону.

Изобретатель опробовал работу установки с разными мощностями лазера: при небольших показателях луч заставляет насекомое летать — этот более гуманный способ теоретически может их вынудить избегать определённых мест; а на большой мощности таракан эффективно «нейтрализуется» — проще говоря, лазер его убивает. Господин Рахматулин опубликовал все материалы по своему проекту на GitHub и отметил, что компоненты для сборки установки обойдутся не дороже $250. Некоторые энтузиасты, по его словам, уже начали испытывать его изобретение на других насекомых-вредителях, включая шершней. Установка обещает быть эффективнее традиционных альтернатив вроде механических ловушек и химии — последняя зачастую наносит ущерб окружающей среде и уничтожает всех насекомых, а не только вредителей.

В будущих версиях установки автор хочет сделать лазерный луч тоньше и обучить систему прицельно бить по определенным частям тела насекомых. А вот в домашних условиях он пока рекомендует своё изобретение не использовать — оно может нанести ущерб не только тараканам, но и глазам своего владельца.

Учёные из Лаборатории тонкоплёночных устройств японского научно-исследовательского института Riken под руководством Кенджиро Фукада (Kenjiro Fukada) разработали плёнку для солнечных батарей толщиной 4 микрона. Она может стать основой устройства, размещаемого на брюшке насекомых и позволяющего управлять дистанционно их движениями. Исследователи считают, что такие киборги подойдут для поиска людей под завалами после землетрясений.

Источник изображений: Reuters

Предполагается, что небольшие «рюкзаки» с солнечной батареей и электроникой будут размещаться на спинах насекомых таким образом, чтобы они имели возможность свободно двигаться. Вырабатываемой энергии будет достаточно для дистанционного получения и передачи сигналов направления в органы чувств насекомого. Предполагается, что эта работа может стать основой для создания устройства, которое позволит управлять насекомыми, способными проникать в труднодоступные зоны гораздо эффективнее роботов.

«Батареи внутри маленьких роботов быстро разряжаются, поэтому времени для исследования остаётся мало. Ключевое преимущество [насекомого-киборга] заключается в том, что, когда речь идёт о движениях насекомого, оно заставляет двигаться себя, поэтому требуется меньше электричества», — отметил Кенджиро Фукада.

В своей работе исследователи задействовали мадагаскарских шипящих тараканов, поскольку они имеют достаточно большой размер для размещения необходимого оборудования, и у них нет крыльев, которые могли бы стать помехой. Даже с «рюкзаком» и плёночной солнечной панелью на спине тараканы способны преодолевать небольшие препятствия и становиться на лапки в случае опрокидывания на спину.

Учёным предстоит проделать немало работы, в том числе направленной на то, чтобы сделать устройство управления насекомым максимально миниатюрным. Ожидается, что за счёт этого на спинах насекомых можно будет размещать дополнительные датчики и даже камеру. В недавней демонстрации технологии использовался прототип «рюкзака», стоимость компонентов которого составила всего $35.