Інженери під'єднали до пастки електроди і навчилися активувати пастку за допомогою електростимуляції. Стаття опублікована у журналі Nature Electronics.
Wenlong Li et al./Nature Electronics, 2021
Замість невеликих роботів в деяких ситуаціях може бути зручно використовувати гібридні організми, що складаються з комахи (або іншої тварини) і електроніки для управління ним. Цей підхід дозволяє об'єднувати ефективні органи руху живих організмів з додатковими пристроями. У цій області вже є помітні розробки.
Інженери з Наньянського технологічного університету під керівництвом Сяодуна Ченя (Xiaodong Chen) показали, що за аналогією з тваринами-кіборгами можна створювати і рослини із зовнішнім електронним управлінням. Вони взяли за основу Венерину мухоловку-хижа рослина, що виділяється тигмонастией, тобто здатністю швидко рухатися у відповідь на механічні роздратування. У неї є пастки, що складаються з двох половинок, розкритих в нормальному стані. На внутрішній поверхні стулок пастки є чутливі волоски, які при механічному впливі, наприклад, приземленні комахи, дають пастці сигнал на захлопування. При цьому у неї є запобіжний механізм, що запобігає випадкові спрацьовування - вона вміє рахувати механічні стимули на волосках. Якщо пастка виявила два торкання волосків, вона зачиняється, а якщо після цього сталося ще три торкання, вона виділяє травні ферменти.
Механізм спрацьовування пастки заснований на виникненні потенціалу дії при контакті жертви з волосками і подальшому набуханні частини пастки через осмосу. Інженери вирішили використовувати цю особливість і штучно створювати потенціал дії за допомогою електростимуляції. Вони створили чотири електроди, кожен з яких кріпиться на зовнішню сторону пастки (по два на кожну стулку: один для стимуляції, а інший для вимірювання потенціалів). Електроди складаються з полідиметилсилоксанового шару, що виконує роль підкладки і відносно жорсткої основи, сітки з тонких електропровідних золотих ниток, розташованих у випадковому порядку, і шару гідрогелю, який забезпечує якісний контакт з поверхнею пастки.
Експерименти з електродами показали, що у пастки є порогове напруження стимуляції в півтора вольта, починаючи від якого в ній утворюється потенціал дії. Інженери також виявили у пастки рефрактерний період-мінімальний час між виникненням двох потенціалів дії. Він виявився рівним 1,2 секунди. При цьому зазвичай під час стимуляції постійним струмом час між двома потенціалами було випадковим. Інженери також намагалися стимулювати пастку періодичним сигналом з прямокутним профілем і виявили, що це дає набагато більшу точність і швидкість створення потенціалів дії. При частоті в два герца потенціали дії в пастці виникали раз в 1,3 ± 0,1 секунди. Відповідно, час відгуку пастки, тобто її спрацьовування після початку стимуляції, становить той же час.
Інженери створили на основі відрізаної пастки Венериною мухоловки три прототипи захоплень. Один з них складається з пастки і підключеного мікроконтролера ESP8266 з підтримкою Wi-Fi. Вони показали, як пастка спрацьовує після натискання кнопки на смартфоні, що передає сигнал на мікроконтролер. Другий прототип-це простий маніпулятор з нахиляється частиною, на кінці якого знаходиться пастка. З його допомогою вони змогли захопити і підняти невеликий дріт. Третій прототип дозволив показати, що стимуляція дозволяє досить точно розраховувати час спрацьовування пастки і ловити навіть рухаються цілі, в даному випадку — невеликий грузик на нитці.