Eine Forschungsarbeit von Wissenschaftlern des Beijing Institute of Technology verifizierte den Steuerungseffekt bei einer Honigbiene, indem sie eine elektrische Stimulation auf den einseitigen Sehlappen anwendete.
Das neue Forschungspapier, veröffentlicht am 21. Juli in der Zeitschrift Cyborg und bionische Systemevalidierten die Wirksamkeit einseitiger elektrischer Stimulation des optischen Lappens zur Lenkung der Fortbewegungskontrolle von Honigbienen und untersuchten die Bewegungskontrollparameter mit der höchsten Erfolgsquote.
Als aufstrebendes Feld umfasst das Cyborg-Insekt einen Insektenträger und manuelle Steuerungsmodule und realisiert die dynamische Voreinstellung seines Verhaltens, indem es die Bewegung der Insekten durch das manuelle Steuerungsmodul stört. Im Vergleich zu Mikroflugzeugen weisen Cyborg-Insekten eine außergewöhnliche Überlegenheit in Bezug auf ein hohes Stealth-Erscheinungsbild, die Anpassung an unstrukturierte Umgebungen, einen geringen Stromverbrauch und wohlhabende Sensorsysteme auf, da sie das biologische Erscheinungsbild, die sportlichen Fähigkeiten und die Sinnesorgane der Insekten erben. „Abgesehen von der Anwendbarkeit in der militärischen Aufklärung haben Cyborg-Insekten ein unvergleichliches Anwendungspotenzial im Schutz der Biodiversität“, sagte Studienautor Jieliang Zhao, Professor am Beijing Institute of Technology.
„Eine hocheffiziente und zuverlässige Fortbewegungskontrollstrategie ist eine Voraussetzung dafür, dass Cyborg-Insekten die vorgegebenen Aufgaben erfüllen können“, erklärten die Studienautoren.
Entsprechend den Stimulierungsstellen werden die existierenden Flugsteuerungsstrategien für Insekten in Flugmuskelstimulation, Sinnesorganstimulation und Neuronenstimulation eingeteilt. „Die Technik der neuralen elektrischen Stimulation hat den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs und ist die Hauptstrategie zur Fortbewegungskontrolle für Insekten mit asynchronen Flugmuskeln, die durch Honigbienen repräsentiert werden. Die Wirkung der neuralen elektrischen Stimulation auf die Steuerung des Lenkverhaltens von Honigbienen war jedoch nicht vollständig verifiziert“, sagte Zhao.
Die neu veröffentlichte Forschungsarbeit optimierte die elektrischen Impulssignalparameter für die Flugsteuerung von Honigbienen auf der Grundlage einseitiger elektrischer Stimulation der optischen Lappen. Darüber hinaus verifizierten die Autoren die Wirksamkeit der induzierten Lenkaktion durch Visualisierung des Drehmoments durch ein Magnetschwebe-Experimentalsystem. Es wurde bestätigt, dass die elektrische Stimulation des einseitigen Sehlappens für die Lenkung der Honigbienen in verschiedenen Fortbewegungszuständen geeignet ist.
Die Autoren der Studie untersuchten das effektive Reaktionsverhalten der Honigbiene unter elektrischer Stimulation sowie den Einfluss des Arbeitszyklus und der Frequenz des elektrischen Signals auf die erfolgreiche Rate der Lenkreaktion. Durch die Optimierung erreichten die Autoren eine durchschnittliche Erfolgsquote von 87 % für die Steuerung der Kontrolle von Honigbienen im immobilisierten Zustand. Die Autoren bestätigten ferner, dass eine einseitige elektrische Stimulation des Sehnervenlappens bei der Kontrolle des Lenkverhaltens von Honigbienen im kriechenden Zustand wirksam war, mit einer Erfolgsquote von 50 %.
Mit Blick auf die Zukunft wird das Team versuchen, die Erfolgsrate der Fortbewegungskontrolle von Honigbienen zu verbessern und eine präzise Regulierung verschiedener Fortbewegungsparameter zu erreichen. „Eine weitere große Herausforderung für die Entwicklung der Cyborg-Honigbiene ist die begrenzte Tragfähigkeit, die die Größe und das Gewicht des künstlichen Stimulationsmoduls begrenzt“, so die Studienautoren. Daher werden sich die Autoren der Entwicklung des drahtlosen Fortbewegungsregulationsmoduls widmen, das den Lasteigenschaften der Honigbiene besser entspricht.
„Kleine Insekten, die von Honigbienen repräsentiert werden, sind ideale Cyborg-Insektenträger“, sagte Zhao und erklärte, dass Honigbienen eine höhere Tarnung und athletische Fähigkeiten besitzen als die großen Insekten. „Tatsächlich können Honigbienen eine Fluggeschwindigkeit von 20–40 km/h erreichen, was der Geschwindigkeit eines Busses entspricht. Als Überträger von Cyborg-Insekten können Honigbienen die Anforderungen der militärischen Aufklärung besser erfüllen“, sagte Zhao. Seine Forschungsarbeit hat die vielversprechende Anwendbarkeit der elektrischen Stimulation bestätigt, die auf den einseitigen Sehlappen zur Lenksteuerung angewendet wird, und bietet einige zuverlässige Steuerparameter für eine künstliche Flugregulierung von Honigbienen, wodurch die Erforschung der Kontrollstrategie von Cyborg-Honigbienen gefördert wird.
Das Papier „Experimental Verification on Steering Flight of Honeybee by Electrical Stimulation“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Cyborg und bionische Systeme am 21. Juli 2022.
Li Yu et al, Experimentelle Verifizierung der Flugsteuerung von Honigbienen durch elektrische Stimulation, Cyborg und bionische Systeme (2022). DOI: 10.34133/2022/9895837
Bereitgestellt von Beijing Institute of Technology Press