Японские учёные научили цикад исполнять классику с помощью электрических импульсов

Исследователи из Университета Цукубы представили необычный метод преобразования цикад в «биоакустические устройства», способные воспроизводить сложные музыкальные композиции. В основе технологии — управление тимбалами, парными мембранами на брюшке самцов цикад вида Graptosaltria nigrofuscata. Электроды, вживлённые в эти структуры, позволили контролировать их вибрацию с точностью до полутона. Результаты эксперимента, включая аудиозапись «Канона» Пахельбеля в исполнении насекомых, опубликованы в препринте на платформе arXiv.

Работа продолжает традицию создания киборгов-насекомых, начатую в 1990-х с тараканов. В 2015 году учёные из Техасского университета A&M достигли 60% точности в управлении движениями тараканов через стимуляцию ганглиев. Прорыв 2021 года от команды Наньянского технологического университета (Сингапур) позволил контролировать перемещения мадагаскарских тараканов с эффективностью 94% в условиях, имитирующих завалы. Японские исследователи перенесли фокус с навигации на звук, используя естественный «инструмент» цикад.

Ключевым преимуществом вида Graptosaltria nigrofuscata стали крупные размеры (до 7 см) и минимальное количество мышц вокруг тимбал, что упростило хирургическое вмешательство. Устройство управления состояло из интерфейса, усилителя сигнала и электродов из серебряной проволоки толщиной 0,08 мм. Микрофоны, расположенные в сантиметре от насекомых, фиксировали акустический отклик, а анализатор цепей отслеживал напряжение (0,1–5 В) и силу тока (до 100 мкА).

После калибровки параметров учёные выявили чёткую зависимость между подаваемым напряжением и высотой звука. Цикады демонстрировали диапазон из 30 нот в трёх октавах (27,5–261,6 Гц), охватывающий все стандартные тональности. Для создания мелодии исследователи программировали последовательность импульсов длительностью 50–200 мс, имитируя ритмические паттерны. При этом насекомые сохраняли активность до 3 часов, а их состояние контролировалось по движению ног и крыльев.

«Некоторые особи пытались улететь или сбросить электроды, — рассказывает соавтор работы Наото Нисида, ныне сотрудник Токийского университета. — Но большинство адаптировалось: их тимбалы реагировали на стимуляцию даже при частичном обездвиживании». Важно, что метод не требовал повреждения внутренних органов — электроды крепились к кутикуле, а сила тока не превышала естественные нервные импульсы.

Перспективы технологии связаны с созданием автономных систем оповещения в зонах стихийных бедствий. В отличие от электронных динамиков, цикады не зависят от источников энергии и устойчивы к экстремальным температурам. Учёные уже тестируют концепцию «аварийного хора»: группа киборгов-насекомых синхронно передаёт голосовые сообщения. Однако перед масштабированием предстоит решить вопросы долговечности электродов и миниатюризации управляющей электроники.

 Источник: arXiv