Неослабевающая террористическая угроза заставляет инженеров придумывать новые и всё более изощрённые средства для защиты мирных граждан. Для поиска взрывчатки кроме таких проверенных профессионалов, как собаки, уже пытались приспособить мышей и даже пчёл. Разрабатываются также всевозможные зонды и датчики.
Команда инженеров из Университета Вашингтона в Сент-Луисе во главе с доктором Баранидхараном Раманом (Baranidharan Raman) снова обратилась к насекомым и выбрала объектом своих исследований саранчу. На её примере учёные изучают, как работает общая для большинства животных, включая человека, обонятельная система. Саранча была выбрана по той причине, что мозг этого насекомого относительно прост, а чувствительность к запахам при этом высока.
Результатом исследований и разработок должен стать биогибридный "нос", который можно настроить на поиск определённых химических соединений в воздухе, в том числе и взрывчатых веществ.
В пресс-релизе университета Раман отмечает, что биологические системы химического зондирования гораздо более сложные, чем существующие технические решения. Но при этом, природа, по сути, изобрела некий универсальный механизм, который чрезвычайно распространён как среди позвоночных, так и беспозвоночных животных. Таким образом, поняв главный принцип работы системы и воплотив его в жизнь технически, учёные смогут подняться на новый уровень в этом направлении.
В течение нескольких лет Раман изучал, как сенсорные сигналы от различных химических соединений обрабатываются в мозге саранчи. Он и его коллеги обнаружили, что запахи побуждают определённую нейронную активность у насекомого, что позволяет ему правильно идентифицировать конкретный запах, даже при наличии разнообразного фона.
Кроме того, исследователи выяснили, что если саранчу обучить распознавать определённый запах, насекомое успешно реагирует на него даже в сложных ситуациях, когда он смешан с другими запахами или в условиях, когда нельзя положиться, например, на зрительную память.
Сейчас инженеры намерены научиться контролировать активность нейронов головного мозга насекомых, когда они свободно перемещаются в пространстве, исследуют окружающую среду и распознают запахи. Для осуществления этого плана потребуется разработка миниатюрных электронных компонентов малой мощности.
На следующем этапе планируется превратить насекомое в киборга на пульте управления. Для этого будет разработана плазмонная "татуировка" на основе биосовместимого шёлка, которая будет наноситься на крылья саранчи. Покрытие будет излучать мягкое тепло под воздействием падающего света, что позволит дистанционно направлять животное в нужную оператору сторону (например, посветив лазером на правое крыло, он отклонит его влево).
Кроме этого, "татуировка" будет содержать массу плазмонных наноструктур, которые сами по себе будут улавливать летучие органические соединения из воздуха, что позволит проводить вторичный анализ состава окружающего воздуха.
"Собачий нос до сих пор остаётся главной системой зондирования как применительно к национальной безопасности, так и, например, в медицине, — подводит итоги Раман. – Тем не менее подготовка животных сложна и требует времени. К тому же на данный момент не существует надёжных алгоритмов передачи информации от биологических систем, что само по себе является проблемой во многих других областях".
"Мы ожидаем, что нам удастся разработать и продемонстрировать работоспособность принципиально новой концепции на основе гибридной саранчи", — заключает учёный.
