Введение

Животные с дистанционным управлением – это животные, которыми люди управляют удалённо. Некоторые применения требуют имплантации электродов в нервную систему животного, соединенных с приемником, который обычно крепится на спине животного. Управление животными осуществляется с помощью радиосигналов. Электроды не перемещают животное напрямую, как при управлении роботом; вместо этого они передают сигнал о желаемом направлении или действии оператору, а затем стимулируют центры вознаграждения животного, если оно выполняет команду. Их иногда называют биороботами или робо-животными. Их можно рассматривать как киборгов, поскольку они сочетают в себе электронные устройства и органическую жизнь, и поэтому их также иногда называют животными-киборгами или насекомыми-киборгами. Использование животных с дистанционным управлением вызывает критику из-за необходимости хирургического вмешательства, а также связанных с этим моральных и этических проблем, особенно в отношении благополучия и прав животных, особенно когда используются относительно разумные и сложные животные. Неинвазивные методы могут включать стимуляцию мозга ультразвуком для управления животным. Некоторые приложения (в основном для собак) используют вибрацию или звук для управления движениями животных. Дистанционно успешно управлялись представители различных видов животных, включая мотыльков, жуков, тараканов, акул-собак и мышей.

Животные с дистанционным управлением могут использоваться в качестве рабочих животных для поисково-спасательных операций, скрытой разведки, сбора данных в опасных зонах и для других целей.

Крысы

В нескольких исследованиях изучалось дистанционное управление крысами с использованием микроэлектродов, имплантированных в их мозг, основанное на стимуляции центра вознаграждения. Имплантируются три электрода: два – в вентральное постеролатеральное ядро таламуса, которое передает сенсорную информацию от левых и правых усов, и третий – в медиальный пучок переднего мозга, участвующий в процессе вознаграждения. Этот третий электрод используется для подачи вознаграждающего электрического стимула в мозг, когда крыса совершает правильное движение влево или вправо. Во время тренировки оператор стимулирует левый или правый электрод крысы, создавая ощущение прикосновения к соответствующим усам, как будто она коснулась препятствия. Если крыса правильно реагирует, оператор вознаграждает ее стимуляцией третьего электрода. В 2013 году исследователи сообщили о разработке системы радиотелеметрии для дистанционного управления свободно перемещающимися крысами на расстоянии до 200 м. Рюкзак, который носит крыса, включает в себя основную плату и FM-приемопередатчик, способный генерировать двуфазные импульсы микротока. Все компоненты системы доступны в продаже и изготовлены из поверхностно монтируемых компонентов для уменьшения размера (25 x 15 x 2 мм) и веса (10 г с батареей).

Этические и социальные проблемы

Были высказаны опасения по поводу этичности подобных исследований. Даже один из пионеров в этой области, Санджив Талвар, заявил: "Необходимо будет провести широкое обсуждение, чтобы определить, допустимо ли это, или нет" и "Есть определенные этические проблемы, которые я не могу отрицать". В другом интервью он сказал: "Эта идея кажется немного жуткой".

Неинвазивный метод

Исследователи из Гарвардского университета создали интерфейс "мозг к мозгу" (BBI) между человеком и крысой Sprague Dawley. Просто обдумывая определенную мысль, BBI позволяет человеку управлять хвостом крысы. Человек использует мозговой интерфейс "мозг-компьютер" (BCI) на основе ЭЭГ, а анестезированная крыса оснащена интерфейсом "компьютер-мозг" (CBI) с использованием сфокусированного ультразвука (FUS). FUS – это технология, позволяющая исследователям возбуждать определенную область нейронов в мозге крысы с помощью ультразвукового сигнала (частота ультразвука 350 кГц, длительность тонального импульса 0,5 мс, частота повторения импульсов 1 кГц, подается в течение 300 мс). Основное преимущество FUS заключается в том, что, в отличие от большинства методов стимуляции мозга, он неинвазивен. Когда человек смотрит на определенный шаблон (мерцание стробоскопа) на экране компьютера, BCI передает команду CBI крысы, которая направляет ультразвук в область моторной коры крысы, отвечающую за движение хвоста. Исследователи сообщают, что точность человеческого BCI составляет 94%, и обычно проходит около 1,5 секунды от момента, когда человек смотрит на экран, до движения хвоста крысы. Другая система, неинвазивно управляющая крысами, использует ультразвуковые, эпидермальные и светодиодные фотостимуляторы на спине. Система получает команды для подачи определенных электрических стимуляций слуховым, болевым и зрительным органам чувств крысы соответственно. Эти три стимула работают группами для навигации крысы. Другие исследователи отказались от дистанционного управления крысами человеком и вместо этого используют алгоритм общей регрессионной нейронной сети для анализа и моделирования управления действиями человека.

Собаки

Собаки часто используются при ликвидации последствий стихийных бедствий, на местах преступлений и на поле боя, но им не всегда легко расслышать команды своих проводников. На собак можно установить командный модуль, содержащий микропроцессор, беспроводную радиосвязь, GPS-приемник и систему определения ориентации и курса (по сути, гироскоп). Командный модуль передает собаке вибрационные или звуковые команды (передаваемые проводником по радио) для направления в определенном направлении или выполнения определенных действий. Общий процент успешности системы управления составляет 86,6%.

Жуки

В 2009 году удаленное управление движениями в полете жуков Cotinus texana и гораздо более крупных Mecynorrhina torquata было достигнуто в ходе экспериментов, финансируемых Агентством перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA). Вес электроники и батареи означал, что только Mecynorrhina был достаточно силен, чтобы свободно летать под радиоуправлением. Определенная серия импульсов, посылаемых в зрительные доли насекомого, стимулировала его к взлету. Средняя продолжительность полетов составляла всего 45 секунд, хотя один полет длился более 30 минут. Одиночный импульс заставлял жука приземляться. Стимуляция базилярных мышц полета позволяла оператору направлять насекомое влево или вправо, хотя это удавалось лишь в 75% случаев. После каждого маневра жуки быстро возвращались в нормальное положение и продолжали лететь параллельно земле. В 2015 году исследователи смогли точнее настроить управление жуком в полете, изменяя последовательность импульсов, подаваемых на мышцу, складывающую крылья. Недавно ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре продемонстрировали возможность плавного поворота и движения назад у небольшого жука-темнотелки (Zophobas morio) длиной от 2 до 2,5 см и весом всего 1 г, включая электронный "рюкзак" и батарею. Было предложено использовать жуков для поисково-спасательных операций, однако было отмечено, что современные батареи, солнечные элементы и пьезоэлектрические генераторы, преобразующие энергию движения, не могут обеспечить достаточную мощность для питания электродов и радиопередатчиков в течение длительного времени.

Дрозофила

Работа с использованием дрозофилы позволила отказаться от стимулирующих электродов и разработать трехкомпонентную систему дистанционного управления, которая вызывает потенциалы действия в предопределенных нейронах дрозофилы с помощью лазерного луча. Центральным компонентом этой системы является лиганд-зависимый ионный канал, активируемый АТФ. При применении АТФ индуцируется захват внеклеточного кальция и генерируются потенциалы действия. Две другие составляющие системы дистанционного управления включают химически инкапсулированный АТФ, который вводится в центральную нервную систему через простой глаз мухи, и лазерный свет, способный высвободить инкапсулированный АТФ. Гигантсковолокнистая система насекомых состоит из пары крупных интернейронов в мозге, способных возбуждать мышцы полета и прыжков. 200-миллисекундный импульс лазерного света вызывал прыжки, взмахи крыльями или другие движения, связанные с полетом, у 60–80% мух. Хотя эта частота ниже, чем при прямой электрической стимуляции гигантсковолокнистой системы, она выше, чем при воздействии естественных стимулов, таких как прекращение светового сигнала.

Акулы

Акулы-колючки управляются дистанционно с помощью электродов, имплантированных глубоко в мозг, и подключенных к устройству управления за пределами аквариума. При прохождении электрического тока по проводу стимулируется обоняние акулы, и она поворачивает, как если бы следовала за запахом крови в океане. Более сильные электрические сигналы, имитирующие более концентрированные запахи, вызывают более резкий поворот. Одно из исследований финансируется грантом в размере 600 000 долларов от Агентства передовых исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Предполагается, что такие акулы могут использоваться для поиска в опасных водах с помощью датчиков, обнаруживающих взрывчатые вещества, или камер для съемки разведывательных фотографий. Помимо военных целей, подобные датчики могут обнаруживать разливы нефти или собирать данные о поведении акул в естественной среде обитания. Ученые, работающие с акулами, управляемыми дистанционно, признают, что точно не знают, какие нейроны они стимулируют, и поэтому не всегда могут надежно контролировать направление движения акулы. Акулы реагируют только после определенной тренировки, и некоторые особи не реагируют вовсе. Исследование вызвало протесты в блогах, где упоминаются люди, управляемые дистанционно, или фильмы ужасов о безумных киборг-акулах, находящихся в состоянии охотничьего безумия.

Голуби

В 2007 году исследователи из Шандунского университета науки и технологий в восточном Китае имплантировали микроэлектроды в мозг голубя, чтобы удаленно управлять его полетом влево или вправо, вверх или вниз. Другой тип невидимого забора использует закопанный провод, который передает радиосигналы для активации электрошоковых ошейников, надеваемых на животных, находящихся в пределах заграждения. Система работает с помощью трех сигналов. Первый – визуальный (белые пластиковые флажки, установленные через определенные промежутки по периметру огражденной территории), второй – звуковой (ошейник издает звук, когда животное, носящее его, приближается к закопанному проводу), и, наконец, электрический разряд, сигнализирующий о достижении границы забора. Существуют также беспроводные невидимые заборы. Вместо закопанного провода они излучают радиосигнал из центрального блока и активируются, когда животное выходит за пределы определенного радиуса от этого блока.