Мозг пчел формирует новое поколение компьютерных чипов, направляя усилия по созданию крошечных энергоэффективных устройств, которые могут произвести революцию в робототехнике и экологическом мониторинге.
- Мозг пчел формирует новое поколение компьютерных чипов, направляя усилия по созданию крошечных энергоэффективных устройств, которые могут произвести революцию в робототехнике и экологическом мониторинге.
- «Наш чип может выполнять только одну задачу, — отмечает Миккельсен, — но делать это он умеет крайне эффективно по энергорасходу и в крошечном размере. Это совершенно иная стратегия по сравнению с другими компьютерными чипами.»
Когда пчела вылетает из улья, у неё есть врожденная система, которая работает как GPS, позволяя ей ориентироваться с удивительной точностью. Анализируя узоры на небе и свою скорость полёта, пчела определяет своё местоположение и безопасно находит путь домой. Учёные теперь обращают внимание на эти природные навигационные навыки для инноваций в конструкции компьютерных чипов.
Профессор Андерс Миккельсен из Лундского университета в Швеции, участник финансируемой ЕС инициативы InsectNeuroNano, подчёркивает эффективность пчёл в навигации: «Пчела находит дорогу обратно без смартфона или спутниковой навигации. Они это делают, глядя на поляризацию неба и свою скорость. Исходя из этого, они не теряются.»
Цель Миккельсена и его команды — воспроизвести внутреннюю навигационную систему пчелы на компьютерном чипе. Современные чипы могут имитировать навигацию пчёл, но они значительно менее эффективны. «Если взять лёгкий чип, он легко будет весить более 80 грамм и потреблять свыше 7 ватт энергии», — объясняет он. — «Пчела весит меньше одного грамма и использует менее одной сотой ватта для питания мозга. Представьте, если бы мы смогли сделать чип такой же эффективный.»
Этот амбициозный проект предполагает сотрудничество исследователей из нескольких европейских стран с целью создания чипа, вдохновленного насекомыми, способного к самостоятельному позиционированию. Такое устройство может иметь широкий спектр применений — от недорогих экологических датчиков до миниатюрных роботов, которые помогут в экологических задачах.
«Мы могли бы сделать маленьких роботов размером с насекомое,» — добавляет Миккельсен. — «Это было бы словно колония пчёл, но можно управлять ими. Например, использовать этих маленьких роботов для очистки загрязнений, сооружения конструкций или искусственного опыления поля.»
В то время как традиционные компьютерные чипы рассчитаны на универсальность, выполняя многочисленные задачи от отправки писем до запуска видеоигр, чип InsectNeuroNano специализирован для одной цели. Он использует световые сигналы и скорость для определения своего положения, имитируя эффективность мозга насекомого, эволюционировавшего для навигации.
«Наш чип может выполнять только одну задачу, — отмечает Миккельсен, — но делать это он умеет крайне эффективно по энергорасходу и в крошечном размере. Это совершенно иная стратегия по сравнению с другими компьютерными чипами.»
В исследовательскую группу входят биологи и инженеры, стремящиеся учиться у тонкостей мозга насекомых. Профессор Элизабетта Чикка из Университета Гронингена в Нидерландах, специалист по био-вдохновленным схемам, отмечает: «Для некоторых задач природа уже нашла компактное, энергоэффективное и эффективное решение. Мозг насекомых — один из таких примеров.»
Работа Чикки заключается в создании виртуальных моделей чипов, что является сложной задачей, учитывая, что мозг насекомых остаётся частичной загадкой. «Нужно строить гипотезы о том, как они работают, чтобы можно было перенести это на чипы,» — объясняет она.
Этот междисциплинарный подход взаимовыгоден: биологи получают новые знания из работы инженеров, а инженеры узнают о функциональностях мозга насекомых. «Мы учимся у биологов, — говорит Чикка. — Но биологи также учатся у нас. Это замечательно видеть.»
Инициатива расширяет границы технологий чипов, отходя от традиционной модели, где электрические сигналы идут по проводам. Вместо этого команда InsectNeuroNano использует нанофотонные схемы, которые передают свет через крошечные структуры на чипе, повышая энергоэффективность и возможности передачи данных. Миккельсен подчёркивает: «Светом можно передать больше данных и сделать это эффективнее по энергии. Кроме того, наш датчик улавливает свет, так что мы используем свет для восприятия и обработки, что упрощает систему.»
Хотя исследователи успешно разработали прототип чипа, имитирующего функции мозга насекомых, они признают, что потребуется около десяти лет, чтобы эта технология стала повседневной. Миккельсен подчеркивает сложность создания таких маленьких чипов с инновационными принципами, такими как нанофотонные вычисления.
«Нам предстоит пройти много этапов, прежде чем робот-пчела полетит, — признаёт он. — Но мы совершили огромный скачок в этом проекте. Мы перешли от теоретической концепции к чему-то на лабораторном столе, что имитирует мозг насекомых.»
Пока команда продолжает совершенствовать разработку, они настроены оптимистично по поводу перспектив насекомоподобных роботов, которые однажды смогут ориентироваться в окружающей среде с помощью тех же навыков, что и настоящие пчёлы. «Теперь нам нужно собрать целую систему,» — заключает Миккельсен. — «Нужно масштабировать все, чему мы научились в лаборатории. Первые шаги сделаны — теперь начинается настоящий прогресс.»
