Учёные из Университета Цукубы разработали уникальный метод, который трансформирует цикад в «биоакустические устройства», способные исполнять сложные музыкальные произведения. Суть этой технологии заключается в управлении тимбалами — парными мембранами на брюшке самцов цикад вида Graptosaltria nigrofuscata. С помощью электродов, имплантированных в эти структуры, удалось контролировать их вибрацию с удивительной точностью. Экспериментальные данные, включающие аудиозапись интерпретации «Канона» Пачебеля, подготовленную с использованием этих насекомых, доступны на препринт-сервисе arXiv.
Это исследование продолжает линию создания насекомых-киборгов, начатую в 1990-х годах с изучения тараканов. В 2015 году специалисты Техасского университета-партнёра A&M добились значительных успехов в управлении движениями тараканов посредством стимуляции их ганглиев. В 2021 году группа из Наньянского технологического университета в Сингапуре достигла 94% эффективности при управлении перемещением мадагаскарских тараканов в условиях, имитирующих завалы. Теперь японские исследователи сосредоточились на звуке, применяя естественные «инструменты» цикад.
Ключевое преимущество данного вида цикад заключается в их внушительных размерах (до 7 см) и минимальном количестве мышц вокруг тимбал, что облегчает хирургическое вмешательство. Управляющий механизм состоит из интерфейса, усилителя сигнала и электродов из серебряной проволоки диаметром 0,08 мм. Рядом расположенные микрофоны фиксировали акустический ответ, а специальные приборы анализировали напряжение (0,1–5 В) и ток (до 100 мкА).
Проведя калибровку, исследователи установили чёткую зависимость между напряжением и звуковой высотой. Цикады демонстрировали диапазон из 30 нот в трёх октавах (27,5–261,6 Гц), что охватывает все стандартные тональности. Для создания звуковых мелодий учёные программировали импульсы длительностью 50–200 мс, воспроизводя ритмические узоры. Насекомые сохраняли активность в течение трёх часов, а их состояние контролировалось по движениям ног и крыльев.
«Некоторые особи пытались улететь или сбросить электроды, — отметил Наото Нисида, соавтор исследования и сотрудник Токийского университета. — Однако большинство адаптировалось: их тимбалы реагировали на стимуляцию даже при частичном обездвиживании». Важно подчеркнуть, что методика не требовала повреждения внутренних органов — электроды крепились к кутикуле, при этом сила тока не превышала естественные нервные сигналы.
Будущее данной технологии связано с разработкой автономных систем оповещения в зонах стихийных бедствий. В отличие от традиционных динамиков, цикады не зависят от внешних источников питания и выдерживают экстремальные температуры. Учёные уже тестируют концепцию «аварийного хора», где группа насекомых-киборгов синхронно передает голосовые сообщения. Однако для масштабирования технологии предстоит решить вопросы долговечности электродов и миниатюризации управляющей электроники.
Источник: iXBT
