Cyborg-kakkerlakken kunnen in de toekomst hulp bieden aan mensen in ingestorte gebouwen

Australische wetenschappers hebben een opvallende nieuwe toepassing voor cyborgtechnologie ontwikkeld: kakkerlakken die met behulp van kleine elektronische systemen op afstand kunnen worden bestuurd en medische hulp kunnen leveren in moeilijk bereikbare gebieden. De onderzoekers noemen deze dieren ‘Paraborgs’, een combinatie van paramedic en cyborg.

Het idee klinkt misschien als sciencefiction, maar de technologie is daadwerkelijk in laboratoriumproeven getest. Onderzoekers van de University of Queensland en de University of New South Wales (UNSW) hebben grote Australische graafkakkerlakken, Macropanesthia rhinoceros, uitgerust met lichte elektronica, camera's en een speciaal ontwikkeld injectiesysteem.

Het doel is niet om kakkerlakken volledig in robots te veranderen. In plaats daarvan gebruiken de wetenschappers de natuurlijke eigenschappen van het insect — zoals zijn kleine formaat, sterke lichaam en vermogen om zich door ingewikkeld terrein te bewegen — als basis voor een biologisch robotsysteem.

Van kakkerlak naar miniatuurreddingsrobot

Cyborg-insecten worden al langere tijd onderzocht voor zoek- en reddingsoperaties. Tot nu toe lag de nadruk vooral op het vinden en verkennen van slachtoffers. De Australische onderzoekers wilden een stap verder gaan: wat als zo'n insect niet alleen een slachtoffer kan vinden, maar ook tijdelijk kan helpen?

Daarvoor kregen de kakkerlakken een klein, verwijderbaar elektronisch harnas. Elektroden kunnen signalen naar het zenuwstelsel van het insect sturen, waardoor onderzoekers de bewegingsrichting op afstand kunnen beïnvloeden. De dieren kunnen daardoor naar een bepaald gebied of doel worden geleid.

Sommige exemplaren dragen een kleine camera, zodat onderzoekers kunnen zien wat er in hun omgeving gebeurt. Andere kakkerlakken kunnen worden uitgerust met een compact automatisch injectiemechanisme. Daarmee kan, onder menselijke supervisie, een vloeibaar middel op korte afstand bij een doel worden toegediend.

De technologie is vooral bedoeld voor situaties waarin mensen moeilijk of helemaal niet bereikbaar zijn. Denk bijvoorbeeld aan een gebouw dat na een aardbeving is ingestort, een grot waarin iemand vastzit of een andere omgeving waarin brokstukken, nauwe doorgangen en instabiele structuren het voor reddingswerkers te gevaarlijk maken om direct naar binnen te gaan.

De natuurlijke eigenschappen van kakkerlakken zijn een voordeel

Een belangrijke reden om juist kakkerlakken voor dit soort onderzoek te gebruiken, is hun uitzonderlijke vermogen om zich door complexe omgevingen te bewegen.

Een robot die klein genoeg is om tussen puin door te rijden, moet normaal gesproken beschikken over een ingewikkeld aandrijfsysteem, energievoorziening en besturing. Een kakkerlak beschikt daarentegen al over een volledig ontwikkeld bewegingssysteem. Het insect kan zelfstandig lopen, obstakels ontwijken en zich aanpassen aan een omgeving die voor een kleine kunstmatige robot moeilijk te overwinnen kan zijn.

De onderzoekers voegen daar alleen de technologie aan toe die nodig is om het insect gericht te sturen en bepaalde taken te laten uitvoeren.

De grote Australische graafkakkerlak is hiervoor bovendien relatief geschikt omdat het een stevig en groot insect is. Daardoor kan het meer apparatuur dragen dan veel kleinere insectensoorten.

Hoe betrouwbaar is de medische functie?

De eerste resultaten zijn veelbelovend, maar de technologie bevindt zich nog duidelijk in de onderzoeks- en demonstratiefase.

Tijdens laboratoriumproeven konden de cyborg-kakkerlakken in 95 procent van de gevallen succesvol een injectie uitvoeren wanneer ze zich al binnen ongeveer 15 centimeter van het doel bevonden.

Dat cijfer zegt echter niet dat de volledige reddingsoperatie in 95 procent van de gevallen slaagde. De kakkerlak moet namelijk eerst naar de juiste plaats worden gestuurd, vervolgens nauwkeurig worden gepositioneerd en daarna voldoende stabiel blijven om het injectiemechanisme goed te laten functioneren.

Wanneer de volledige combinatie van navigeren en injecteren werd bekeken, bedroeg het succespercentage ongeveer 72 procent.

Ook het afzonderlijke automatische injectiemechanisme werd getest. Daarbij werd een succespercentage van ongeveer 90 procent gemeten. De onderzoekers benadrukken echter dat deze cijfers afkomstig zijn uit gecontroleerde laboratoriumexperimenten en niet uit echte rampgebieden.

De moeilijkste stap is misschien wel stilstaan

Een kakkerlak naar een slachtoffer laten bewegen is één probleem. Het insect precies op de juiste plaats laten stoppen en daar lang genoeg stabiel blijven, is een veel grotere uitdaging.

Volgens onderzoeker Hai Nhan Le moet het insect drie belangrijke stappen goed uitvoeren: het moet het doel bereiken, zich nauwkeurig positioneren en vervolgens stabiel genoeg blijven om de medische handeling uit te voeren.

Dat is lastig omdat een levend insect geen gewone robot is. Het blijft een zelfstandig bewegend organisme en reageert voortdurend op zijn omgeving.

In een echte rampomgeving zouden bovendien nog veel meer problemen kunnen ontstaan. Puin kan voortdurend verschuiven, radiosignalen kunnen worden verstoord en het is mogelijk dat een kakkerlak een doorgang niet kan vinden of het slachtoffer niet nauwkeurig genoeg kan bereiken.

Daarom is er nog veel aanvullend onderzoek nodig voordat dergelijke systemen buiten het laboratorium kunnen worden ingezet.

Geen vervanging voor reddingswerkers

De onderzoekers zien de Paraborgs nadrukkelijk niet als vervanging voor brandweerlieden, artsen of andere hulpverleners.

Het idee is juist dat de insecten een extra hulpmiddel kunnen worden. Wanneer een reddingsteam niet onmiddellijk bij een slachtoffer kan komen, zou een kleine cyborg-kakkerlak mogelijk alvast een camera, sensor of medische apparatuur naar de betreffende persoon kunnen brengen.

De medische beslissingen zouden daarbij onder menselijke controle blijven. De insecten voeren dus niet zelfstandig een medische diagnose uit en bepalen ook niet zelf welke behandeling iemand nodig heeft.

Het uiteindelijke doel is om verschillende soorten cyborg-insecten verschillende taken te laten uitvoeren. Sommige dieren zouden bijvoorbeeld camera's en omgevingssensoren kunnen dragen, terwijl andere exemplaren gespecialiseerde medische apparatuur zouden meenemen.

Een hele zwerm gespecialiseerde insecten

Op langere termijn denken de onderzoekers zelfs aan groepen of zwermen van dergelijke cyborg-insecten.

In plaats van één zeer geavanceerde robot te ontwikkelen die alles moet kunnen, zouden verschillende insecten verschillende functies kunnen krijgen. Een deel zou slachtoffers kunnen helpen lokaliseren, andere insecten zouden informatie kunnen verzamelen en weer andere zouden apparatuur voor noodhulp kunnen vervoeren.

Zo'n systeem zou vooral interessant kunnen zijn bij grote rampen waarbij veel gebieden tegelijkertijd moeten worden onderzocht.

Een zwerm kleine biologische robots zou zich mogelijk verspreiden over een gebied waar grotere robots of reddingsvoertuigen moeilijk kunnen komen. De menselijke hulpverleners zouden vervolgens de informatie van de insecten kunnen gebruiken om te bepalen waar slachtoffers zich bevinden en waar hulp het hardst nodig is.

Het welzijn van de dieren

Bij het onderzoek worden de kakkerlakken verdoofd tijdens het aanbrengen van de elektroden en de elektronica. Volgens de onderzoekers kunnen de systemen worden verwijderd en kunnen de dieren daarna ongeveer net zo lang leven als andere kakkerlakken.

Het gebruik van levende dieren voor robotica roept tegelijkertijd ethische vragen op. Naarmate dergelijke technologie verder wordt ontwikkeld, zullen onderzoekers en toezichthouders moeten blijven beoordelen hoe de dieren worden behandeld en welke grenzen aan dit soort experimenten moeten worden gesteld.

Ook zal moeten worden vastgesteld hoe veilig de technologie is voor mensen. Een medische injectie moet bijvoorbeeld zeer nauwkeurig worden uitgevoerd en mag geen extra risico opleveren voor iemand die al gewond of kwetsbaar is.

Een opmerkelijke psychologische uitdaging

Naast technische en medische problemen bestaat er nog een heel ander obstakel: de reactie van mensen op kakkerlakken.

Veel mensen vinden grote kakkerlakken onaangenaam of zijn er bang voor. Het idee dat er na een ramp plotseling een grote, elektronisch uitgeruste kakkerlak op iemand af komt lopen, zal daarom niet iedereen geruststellen.

Toch kan de situatie veranderen wanneer iemand daadwerkelijk onder puin vastzit en hulp van buitenaf niet kan bereiken. In zo'n noodsituatie kan een klein insect dat een camera of medische apparatuur bij zich draagt opeens een zeer waardevol hulpmiddel worden.

De onderzoekers verwachten dan ook dat praktische bruikbaarheid uiteindelijk belangrijker kan worden dan de eerste afkeer van het dier.

Van laboratoriumexperiment naar echte reddingsoperaties

De huidige resultaten zijn vooral een proof of concept: ze laten zien dat het technisch mogelijk is om een kakkerlak op afstand te besturen en er een klein medisch systeem op te laten functioneren.

Dat betekent nog niet dat reddingsdiensten binnenkort met zwermen cyborg-kakkerlakken bij aardbevingen of ingestorte gebouwen zullen verschijnen.

Daarvoor zijn nog veel extra tests nodig. De technologie moet onder realistischere omstandigheden worden onderzocht, waarbij onder andere rekening moet worden gehouden met puin, stof, beperkte communicatie, temperatuur, vochtigheid, obstakels en de aanwezigheid van gewonde mensen.

Daarnaast zijn regelgeving, financiering, dierenwelzijn en de betrouwbaarheid van de medische apparatuur belangrijke voorwaarden voor een eventuele toekomstige toepassing.

De onderzoekers hopen dat cyborg-insecten binnen ongeveer vijf tot tien jaar mogelijk een rol kunnen spelen bij echte noodsituaties, maar dat is nadrukkelijk een toekomstvisie en geen garantie.

Een nieuwe vorm van reddingstechnologie

De ontwikkeling van de Paraborgs laat vooral zien hoe traditionele robotica en biologie steeds meer met elkaar worden gecombineerd. In plaats van een volledig kunstmatig robotlichaam te bouwen, gebruiken de onderzoekers een bestaand levend organisme als bewegingsplatform en voegen ze daar elektronica en besturing aan toe.

Als de technologie zich verder ontwikkelt, zouden dergelijke insecten in de toekomst kunnen worden gebruikt om plaatsen te bereiken waar conventionele robots en mensen moeilijk toegang toe hebben.

De belangrijkste stap is nu om vast te stellen of de veelbelovende laboratoriumresultaten ook onder echte, onvoorspelbare omstandigheden overeind blijven. Pas wanneer de systemen betrouwbaar, veilig en verantwoord genoeg blijken, kan worden beoordeeld of cyborg-insecten daadwerkelijk een plaats krijgen binnen zoek- en reddingsoperaties.

Voorlopig zijn de Paraborgs dus vooral een opmerkelijk wetenschappelijk experiment — maar wel een experiment dat een geheel nieuwe mogelijkheid voor noodhulp onderzoekt: een klein levend dier dat met behulp van technologie kan helpen om hulp te brengen naar plaatsen waar mensen zelf nog niet kunnen komen.

Door: Drifter