Scarafaggi cyborg guidati con un controller da gaming portatile hanno attraversato un percorso di 2,5 metri in tutte le 25 prove e hanno poi sparato una siringa a molla contro un bersaglio in silicone, colpendolo nel 72 per cento dei casi. I prototipi, chiamati Paraborg (da «paramedic cyborg», cyborg paramedici), sono stati realizzati dal Biorobotics Lab dell'Università del Queensland a Brisbane, in Australia. Il laboratorio ha pubblicato i risultati sulla rivista Advanced Science.
Come sono costruiti i Paraborg
Il gruppo ha utilizzato scarafaggi giganti scavatori australiani, Macropanesthia rhinoceros. Con circa 40 grammi, la specie è lo scarafaggio più pesante al mondo. I ricercatori cercavano un insetto in grado di trasportare più della metà del proprio peso. Un corpo di grandi dimensioni, inoltre, è più semplice da operare quando si impianta un'interfaccia cibernetica.
Ogni scarafaggio porta con sé componenti elettronici leggeri. Gli elettrodi sono impiantati nelle antenne e nei cerci, le piccole appendici simili a code situate nella parte posteriore del corpo. Un operatore invia segnali via wireless da un controller da gaming portatile. I segnali possono far girare l'insetto a sinistra o a destra, spingerlo in avanti o fermarlo.
Il carico utile è di due tipi: una telecamera wireless oppure un iniettore telecomandato. L'iniettore usa una molla per lanciare una siringa carica di farmaco contro un bersaglio vicino. Una reazione chimica all'interno della siringa produce poi uno sbuffo di anidride carbonica. Il gas aumenta la pressione nella siringa e spinge fuori il farmaco.
Il team ha scelto di non montare telecamera e iniettore sullo stesso animale. Peso e ingombro combinati potrebbero compromettere la mobilità su terreni complessi, e due set di componenti elettronici consumerebbero più energia, riducendo l'autonomia. I ricercatori immaginano invece squadre di Paraborg in cui alcuni insetti portano le telecamere e altri gli iniettori con farmaci potenzialmente salvavita.
Perché un insetto vivo
T. Thang Vo-Doan, direttore del Biorobotics Lab, sostiene che gli insetti cyborg offrano una scorciatoia per aggirare alcuni dei problemi più difficili della robotica. Costruire una macchina delle dimensioni di un insetto capace di muoversi in modo affidabile tra le macerie, arrampicarsi su superfici irregolari, riprendersi dalle cadute, portare con sé la propria alimentazione e avere ancora spazio per i sensori è estremamente complicato, spiega. Un insetto vivo possiede già gran parte di questa mobilità. I ricercatori aggiungono un'interfaccia elettronica e sfruttano ciò che l'animale sa già fare.
In passato gli scienziati hanno già guidato coleotteri e falene cyborg. Quei lavori trattavano in gran parte gli insetti come piattaforme sensoriali passive e si concentravano sul controllo del movimento. Il progetto del Queensland nasce da una conversazione del 2023 tra Vo-Doan e la collega Thanh Nho Do, avvenuta poco prima dell'IEEE International Conference on Robotics and Automation di quell'anno. Discutevano di insetti per la ricerca e il soccorso e si sono chiesti cosa succeda dopo che un insetto trova una persona intrappolata, e se possa offrire un primo aiuto mentre i soccorritori sono ancora in arrivo.
Cosa hanno mostrato i test
Nei test di prova di fattibilità, i Paraborg sono stati guidati lungo un percorso di 2,5 metri con tre punti di controllo. Al termine, l'iniettore ha lanciato il suo ago contro un bersaglio in silicone di 8 per 10 centimetri. In 25 prove, gli scarafaggi hanno completato il percorso ogni volta. Hanno iniettato il bersaglio nel 72 per cento delle prove.
Gli scarafaggi restano vivi e conservano le proprie capacità di locomozione. Vo-Doan precisa che gli operatori non li pilotano come robot su ruote. La stimolazione elettrica influenza la direzione, ma l'insetto genera e controlla comunque gran parte del proprio movimento.
Cosa resta irrisolto secondo il team
Vo-Doan è netto sui limiti. Afferma che il gruppo non intende presentare questo sistema come un dispositivo medico pronto all'uso sulle persone oggi. I veri scenari di disastro presentano detriti instabili, passaggi stretti e difficoltà di comunicazione, e il team deve ancora capire come si comportino insetto, elettronica e iniettore in quelle condizioni. Elenca questioni aperte su scelta e dosaggio del farmaco, sterilità, sicurezza dell'ago, affidabilità e normativa.
Anche l'elenco delle sfide ingegneristiche pratiche è lungo. Il team vuole compensare i movimenti delle vittime, stabilire comunicazioni wireless affidabili all'interno di strutture crollate e guidare gli insetti tra macerie e polvere. L'autonomia diventerà più importante quando si cercherà di far operare più cyborg contemporaneamente. I Paraborg avranno inoltre bisogno di sistemi di bordo migliori per tracciare la propria posizione e le proprie azioni, in modo che i ricercatori possano capire quando un insetto ha deviato dal percorso o è diventato meno reattivo.
I ricercatori prevedono anche che una persona intrappolata possa spaventarsi nel vedere avvicinarsi un insetto cyborg. Vo-Doan propone luci lampeggianti, segnali di emergenza riconoscibili o un piccolo altoparlante che annunci l'arrivo dei soccorsi.
Analisi: cosa dimostra e cosa non dimostra questo studio
Il risultato è importante per il settore per ciò che cambia il carico utile. Gli insetti cyborg precedenti trasportavano soprattutto sensori, quindi il massimo risultato possibile era individuare qualcuno. Un iniettore dà alla piattaforma la capacità di agire, ed è proprio il passo che il team del Queensland voleva verificare. La suddivisione tra insetti con telecamera e insetti con iniettore deriva anche da un vincolo rigido: un animale da 40 grammi ha una capacità di carico limitata, e il team ha scambiato le prestazioni del singolo insetto con una divisione dei compiti all'interno di un gruppo.
I numeri vanno letti con attenzione. Un tasso di completamento del percorso del 100 per cento mostra che il metodo di guida ha funzionato in modo affidabile in una prova breve e controllata. Un tasso di iniezione del 72 per cento significa che circa un tentativo su quattro non è andato a buon fine. Il bersaglio era un tampone di silicone di dimensioni fisse, e la fonte non descrive test su soggetti in movimento, su tessuto reale o tra le macerie. Per un sistema di somministrazione di farmaci, un colpo mancato è un errore più grave che per una telecamera, e lo stesso team indica sicurezza dell'ago e dosaggio tra le questioni aperte.
Rispetto ai robot interamente artificiali, questo approccio scambia controllo con capacità. Uno scarafaggio vivo offre una mobilità che le macchine di piccole dimensioni faticano a eguagliare. Ma Vo-Doan riconosce che l'animale mantiene gran parte del controllo, quindi il sistema è meno prevedibile di un robot su ruote. Il monitoraggio di posizione e attività a bordo previsto mira proprio a questo punto debole, e per ora non è ancora stato dimostrato.
Resta da dimostrare quasi tutto ciò che separa questo risultato di laboratorio da un vero scenario di disastro: comunicazioni attraverso strutture crollate, navigazione tra polvere e detriti, lavoro con più insetti contemporaneamente e approvazione normativa per iniettare farmaci sulle persone. Vo-Doan inquadra inoltre il lavoro come un contributo a progetti interamente artificiali, il che lascia intendere che lo scarafaggio sia una soluzione ponte più che un prodotto finale. Finché il team non riferirà di test in condizioni realistiche, gli scarafaggi cyborg vanno considerati una dimostrazione del fatto che un vettore vivo può essere guidato verso un bersaglio e attivare un'iniezione.