De
cyborgs komen eraan!
Robot
wordt bestuurd door brein van vis - 18-04-2001
In
het robotica laboratorium van de Northwestern University rijdt sinds
kort een robotje rond dat bestuurd wordt door de hersenen van een
vis. Het lukt steeds beter om biologisch weefsel in machines te stoppen
en dat schept mogelijkheden die de aandacht van het Amerikaanse leger
trekken.
De
robot zelf lijkt niet zo heel veel voor te stellen, en er moeten ondertussen
honderden van deze kleine robotjes door laboratoria rijden. Maar weinigen
daarvan zullen bestuurd worden door de hersenen van een dier. Dat
maakt de Kephera-robot
van de Northwestern University in Chicago zo bijzonder: het ding wordt
bestuurd door wat ooit het brein van een jonge prik
was. De hersenen van prikken worden wel vaker gebruikt voor dit soort
experimenten omdat de hersenstam van deze vissensoort relatief makkelijk
bewaard kan worden, maar vooral omdat de hersencellen van het dier
zo groot zijn. Dat maakt het makkelijker electronische verbindingen
met de hersenen te maken.
Na voorbereidende experimenten is Sandro
Mussa-Ivaldi er nu in geslaagd het robotje volledig door de prikhersenen
te laten besturen. De Kephera werd uitgerust met lichtsensoren, die
verbonden zijn met mircoprocessors. Deze vertalen signalen die door
de sensoren worden opgepikt in elektrische signalen, zodat het prikbrein
ze kan interpreteren. Deze signalen ontlokken aan het brein reacties,
die door een tweede microprocessor worden vertaald in iets dat ook
de robot begrijpt.
Dit biotechnische
systeem doet het bovendien uitstekend. Omdat de prik op licht
afgaat om zich in evenwicht te houden, werd van dit natuurlijk systeem
gebruik gemaakt om de robot een doel te geven. In een kleine, ronde
arena, wordt de ‘prikbot’ een beweeglijke lichtbron voorgehouden,
die met stappen van 45° van plaats verandert. De robot slaagt er doorgaans
in deze oefening tot een goed einde te brengen en beweegt zich naar
het licht toe.
De hersenen van de prik - en dus het robotje - blijken zelfs nog steeds
in staat te zijn te leren, merkte Mussa-Ivaldi toen hij één optische
sensor afdekte. Aanvankelijk bewoog de robot in cirkels, omdat nog
maar een hersenhelft signalen ontving en reacties naar de robot stuurde.
Maar zoals verwacht werd op basis van wat bij levende prikken werd
geobserveerd, compenseerden de hersenen dit gebrek, en na wat oefening
ging de ‘prikbot’ opnieuw op het licht af.
Naast deze capaciteit tot leren, kunnen de onderzoekers nauwelijks
wachten tot ze ook gebruik kunnen maken van het geheugen, zodat de
robot ook kan onthouden wat hij leert. Vooralsnog is dat echter niet
gelukt, omdat de hersenen daarvoor nog niet lang genoeg bewaard kunnen
worden. Maar als ook deze bron kan worden aangeboord, hoopt Mussa-Ivaldi
systemen te kunnen ontwikkelen die als high-tech protheses zouden
kunnen dienen, of de verloren hersencapaciteit na een beroerte op
te vangen.
Er staan overigens nog heel wat meer ontwikkelingen in de steigers
die biologische elementen willen integreren in high-tech toepassingen.
En dat heel wat van dit onderzoek zich in de schoot van het DARPA,
het Amerikaanse Defense Advanced Research Projects Agency, plaatsvinden
toont dat in de toekomst cyborgs, biotechnische hybride ontwikkelingen,
een steeds belangrijker plaats kunnen gaan innemen.
In het Controlled Biological Systems Program tracht men de superieure
kwaliteiten die sommige diersoorten bezitten, voor militaire doeleinden
te gebruiken, eventueel door ze met technologische middelen te verbinden.
Een greep uit het aanbod:
-
Parasitaire wespen werden geleerd een explosieve stof op te sporen,
door de wespen bloot te stellen aan de geur van dit di-nitro tuoleen
telkens ze suikerwater te drinken kregen. Later sloeg men erin
hetzelfde resultaat te bereiken met bijen. Het blijft echter een
probleem nuttige toepassingen te vinden, gezien de bijen te klein
zijn om radiozenders te dragen. Beperkte successen werden al geboekt
door microchips op de bijen te plakken, en men wacht nu op een
chip-spray om de bijen in het leger te kunnen inlijven.
-
Een tweede mogelijke oplossing zou kunnen zijn alleen die delen
van de bijen of wespen te gebruiken die nodig zijn om de explosieven
op te sporen, net zoals met motten werd gedaan. Motten gebruiken
hun antennes om geuren op te sporen, en Tom Baker, een entomoloog
uit Iowa, gebruikt nu de antennes van de motten om landmijnen
te zoeken. Alleen de antennes, die door Baker aan elektroden werden
gekoppeld. Bedoeling is dat deze constructie in een mobiele cyborg
terecht zou kunnen komen. De huidige procedure immers, waarbij
een getrainde begeleider naast een wagentje met de antennes van
de motten moet lopen, is om voor de hand liggende redenen, niet
optimaal.
-
Michel Baudry werkt dan weer aan een systeem dat soldaten moet
waarschuwen voor de aanwezigheid van chemische en biologische
wapens. Daarvoor gebruikt hij delen van de hippocampus van knaagdieren,
een hersendeel dat vooral belangrijk is voor lange-termijn herinneringen.
-
Tenslotte zijn er nog een reeks experimenten aan de gang met bacterieën,
die makkelijk genetisch gemanipuleerd kunnen worden om bv. op
te lichten als stof X in een bepaalde hoeveelheid voorkomt. Bovendien
kunnen bacterieën makkelijk op een chip geplakt worden. Deze ‘beestjes-op-een-chip’
staan op het punt gecommercialiseerd te worden...
Aansluitende artikels:
Synthetisch
leven en natuurlijk plastic in aantocht - 21-02-001
Nanobiotechnologie
op weg naar de bloedbaan - 28-11-2000
Related links:
De
Kephera-robot Sandro
Mussa-Ivaldi
©
David de Vaal
