Pszczoły inspirują naukowców? Powstaje układ GPS nowej generacji
System nawigacyjny, który działa bez baterii, bez satelitów, a nawet bez anteny? Chwilowo brzmi to jak scenariusz dobrego filmu science-fiction. Jednak okazuje się, że już niedługo ta wizja może stać się rzeczywistością. Naukowcy starają się przenieść biologiczną mądrość pszczół do świata technologii. Czy dzięki badaniom powstaną układy GPS nowej generacji? Przyjrzyjmy się tematowi.
Pszczoły uczą ludzi o technologii
Żywe stworzenia robią od lat to co my uzyskaliśmy za pomocą technologii. Jak się okazuje pszczoły potrafią z niezwykłą precyzją przemieszczać się w przestrzeni, odnajdywać pokarm i powracać bez problemu do ulu. Co więcej wykorzystują do tego wyłącznie swoje sensory i mały mózg. Według ekspertów w świecie biologii takie zadania realizowane są w oparciu o analizę zmian w polaryzacji światła, prędkości lotu i przetwarzania danych sensorycznych w czasie rzeczywistym.
Naukowcy z grupy badawczej InsectNeuroNano postanowili bliżej przyjrzeć się tej sprawie. Ich zdaniem da się zaadaptować naturalne rozwiązania jako inspirację do opracowania układów scalonych do nawigacji GPS nowej generacji. Cel jest prosty, aczkolwiek bardzo ambitny. Grupa chce stworzyć chip, który będzie potrafił określić swoją pozycję w trójwymiarowej przestrzeni bez potrzeby ciągłego pobierania mocy ze źródeł zasilania i nie będzie musiał wymagać wsparcia zewnętrznych systemów obliczeniowych. Nadal brzmi jak scenariusz filmu fantastycznego?
Technologia inspirowana naturą
Zatem jak działa typowy system GPS w smartfonie lub samochodzie? Opiera się on na łączności z satelitami i ogromnymi centrami danych, które w czasie rzeczywistym obliczają pozycję urządzenia. Wymaga to zarówno dużej mocny, chłodzenia, jak i przestrzeni, więc z punktu widzenia energooszczędności jest to rozwiązanie dalekie ideałowi. W tym samym czasie maleńka pszczoła, której mózg waży ułamek grama, jest w stanie wykonać porównywalne obliczenia z bilonami operacji na sekundę i zużywa przy tym jedynie ułamek mocy standardowego układu scalonego. Nawet na piśmie robi to niesamowite wrażenie.
Jednak badacze nie ograniczają się jedynie do kopiowania wzorców biologicznych zachowań. W swojej pracy wykorzystują nanofotoniczne obwody, w których sygnały są przekazywane za pomocą światła przepływającego przez niezwykle małe struktury — tysiące razy cieńsze od ludzkiego włosa. Takie rozwiązania mogą pozwolić w przyszłości na tworzenie wyspecjalizowanych chipów, które będą wykonywały konkretne zadania — w tym orientację przestrzenną —bardziej efektywnie niż tradycyjne procesory. Otwiera to olbrzymie możliwości, między innymi w czujnikach środowiskowych, ale przede wszystkim w autonomicznych robotach i dronach, autonomiczne roboty, które mogłyby wykonywać proste prace bez potrzeby ładowania baterii czy podłączenia do chmury obliczeniowej.
Mimo wszystko, należy brać pod uwagę, że mówimy tutaj zaledwie o prototypie. Droga do komercyjnego wykorzystania takich chipów jest jeszcze długa i bardzo wyboista. Naukowcy przewidują, że może upłynąć nawet dziesięć lat, zanim rozwiązanie w ogóle znajdzie realne zastosowanie w codziennym użytkowaniu.
Potencjalne zastosowania w przyszłości
Jednocześnie, nic nie stoi na przeszkodzie by nieco pofantazjować. Takie kompaktowe chipy mogą znaleźć w teorii szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach technologii. Jednym z najbardziej oczywistych jest oczywiście rozwój małych robotów i dronów, które mogłyby samodzielnie nawigować swoje działania w przestrzeni, w tym zbierać dane środowiskowe lub pomagać w monitoringu zagrożeń naturalnych – takich jak pożary czy zanieczyszczenia. Ale to nie koniec. Inną możliwością jest wykorzystanie układów w sieciach sensorów, które zostałyby rozlokowane w trudno dostępnych miejscach, w których wymiana i ładowanie baterii są bardzo trudne lub praktycznie uniemożliwione.
Jakkolwiek by nie wyglądała przyszłość, już teraz przeniesienie zasad działania biologicznych systemów nawigacyjnych do świata elektroniki to przykład fascynującego dialogu między naturą a technologią. Dzięki temu zamiast budować coraz większe i bardziej prądożerne chipy, inżynierowie mogą inspirować się rozwiązaniami, które ewoluowały przez miliony lat. Oczywiście do praktycznych zastosowań droga jest jeszcze daleka, jednak już dziś widać, że małe mózgi pszczół mogą doprowadzić do wielkich zmian w naszym życiu.