Если вы хотите улучшить саранчу, чтобы ее можно было использовать в качестве жучка для обнаружения бомбы, есть несколько технических проблем, которые необходимо решить, прежде чем отправлять ее в поле.
Есть ли способ направить саранчу — сказать ей, куда идти, чтобы обнюхать? И поскольку саранча не может говорить (пока), есть ли способ прочитать мозг этих киборгов, чтобы узнать, что они чувствуют?
Если уж на то пошло, может ли саранча даже чувствовать запах взрывчатки?
Да и да на первые два вопроса. Предыдущее исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе продемонстрировало как способность управлять саранчой, так и способность читать их мозг, так сказать, различать, что они чувствуют. И теперь, благодаря новому исследованию инженерной школы Маккелви, третий вопрос решен.
И снова ответ: «да».
В предварительном доказательстве, опубликованном в Интернете 6 августа в журнале Biosensors and Bioelectronics: X , исследователи показали, как они смогли захватить обонятельную систему саранчи, чтобы обнаруживать и различать различные взрывоопасные запахи — и все это в течение нескольких сотен миллисекунд воздействия.
Они также смогли оптимизировать ранее разработанную биороботическую сенсорную систему, которая могла обнаруживать возбуждающие нейроны саранчи и передавать эту информацию таким образом, чтобы она рассказывала исследователям об запахах, которые ощущала саранча.
«Мы не знали, смогут ли они почувствовать запах или определить местонахождение взрывчатых веществ, потому что они не имеют никакого значимого экологического значения», — сказал Барани Раман, профессор биомедицинской инженерии. «Возможно, их не волновали какие-либо сигналы, которые имели для нас значение в данном конкретном случае».
Предыдущая работа в лаборатории Рамана привела к открытию того, что обонятельная система саранчи может быть расшифрована как логическая операция «или-из-и». Это позволило исследователям определить, чем пахнет саранча в разных контекстах.
Обладая этими знаниями, исследователи смогли найти аналогичные закономерности при воздействии на саранчу паров TNT, DNT, RDX, PETN и нитрата аммония — химически разнообразного набора взрывчатых веществ. «Самое удивительное, — сказал Раман, — что мы могли ясно видеть, что нейроны по-разному реагировали на TNT и DNT, а также на эти другие взрывоопасные химические пары».
Раман сказал: «Мы были готовы приступить к работе. Мы были оптимизированы».
Теперь они знали, что саранча может обнаруживать и различать различные взрывчатые вещества, но для того, чтобы найти бомбу, саранча должна знать, с какой стороны исходит запах. Войдите в «ящик для запаха и саранчу».
«Знаешь, когда ты близко к кофейне, запах кофе сильнее, а когда ты дальше, ты чувствуешь его меньше? Это то, на что мы смотрели», — сказал Раман. Взрывоопасные пары вводились через отверстие в ящике, где саранча сидела в крошечном транспортном средстве. Когда саранча передвигалась и нюхала пары разной концентрации, исследователи изучали ее мозговую деятельность, связанную с запахом.
Сигналы в мозгу клопов отражали эти различия в концентрации паров.
Следующим шагом была оптимизация системы передачи мозговой активности саранчи . Команда, в которую входили Шантану Чакрабартти, профессор Клиффорда У. Мерфи с факультета электротехники и системной инженерии Престона М. Грина, и Срикант Сингаманени, профессор Лилиан и Э. Лайл Хьюз с факультета машиностроения и материаловедения, сосредоточили свое внимание широта их опыта в борьбе с крошечной саранчой.
Чтобы нанести наименьший вред саранче и сохранить ее устойчивость, чтобы точно регистрировать нервную активность , команда разработала новую хирургическую процедуру для прикрепления электродов, которые не препятствовали бы перемещению саранчи. С их новой аппаратурой нейронная активность саранчи, подверженная взрывному запаху, была преобразована в различимый характерный для запаха паттерн в течение 500 миллисекунд.
«Теперь мы можем вживить электроды, запечатать саранчу и перевезти их в мобильные места», — сказал Раман. Когда-нибудь в этой среде может начаться поиск взрывчатки.
По словам Рамана, идея не так странна, как может показаться на первый взгляд.
«Это не сильно отличается от прежних времен, когда угольщики использовали канарейки», — сказал он. «Люди используют свиней для поиска трюфелей. Это аналогичный подход — использование биологического организма — только немного более сложный».