Dodano: 21 sierpień 2020r.

Szarańczę można wykorzystać do detekcji materiałów wybuchowych

Kolejne badania wskazują, że szarańcza może zostać wykorzystana do detekcji materiałów wybuchowych. Naukowcy potwierdzili w eksperymentach, że można sterować owadem. Co więcej, może nawet odczytać z ich mózgów, na jaki rodzaj materiału wybuchowego natknął się owad.

Szarańczę można wykorzystać do detekcji materiałów wybuchowych

 

Naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis od kilku lat prowadzą badania nad możliwością wykorzystania szarańczy w roli saperów wykrywających obecność materiałów wybuchowych. Finansuje je amerykańska armia. Niedawno dokonano kolejnego przełomu, który daje nadzieję, że projekt się powiedzie.

Szarańcza w roli saperów

Jak zmusić szarańczę do wykrywania materiałów wybuchowych? Naukowcy wszczepiają w mózg owadów elektrody, które wykrywają ich aktywność. Małe urządzenia na grzbietach owadów rejestrują te zmiany i wysyłają je do operatora. System „sterowania” owadem polega na wytatuowaniu skrzydeł jedwabiem, który przetwarza światło na ciepło. Dzięki użyciu lasera montowanego we wspomnianym wcześniej urządzeniu, można ręcznie sterować lotem owada.

Wyniki nowych badań opublikowano w czasopiśmie „Biosensors and Bioelectronics: X”. Naukowcy wykazali w nich, że są w stanie „odczytać” system węchowy szarańczy, aby zarówno wykryć, jak i rozróżnić materiały wybuchowe. Badacze dopracowali biorobotyczny system detekcji zapachu wyczuwanego przez owada.

- Nie wiedzieliśmy, czy owady będą w stanie wyczuć materiały wybuchowe, ponieważ nie mają one żadnego znaczenia ekologicznego – mówi Barani Raman, profesor inżynierii biomedycznej, główny autor projektu. Jednak po ekspozycji owadów na różne rodzaje materiałów wybuchowych, jak na przykład TNT, DNT, RDX, PETN czy azotanu amonu, naukowcy odkryli specyficzne wzory w układzie węchowym szarańczy. - Ku naszemu zaskoczeniu,wyraźnie widać było, że neurony inaczej reagowały na TNT i DNT, jak również na inne wybuchowe opary - przekonuje Raman.

Wyrafinowane podejście

Jednak czy szarańcza może wykryć kierunek, z którego emanuje zapach materiałów wybuchowych? - Kiedy jesteś blisko kawiarni, zapach kawy jest silniejszy, a kiedy jesteś dalej, czuć go mniej. Przed takim problemem stanęliśmy - mówi Raman.

Aby to sprawdzić zbadano reakcje zachodzące w mózgu owada na różne stężenia oparów. Szarańczę umieszczono w malutkim pojeździe i dosłownie wożono po pudle, w którym stężenia oparów były zróżnicowane. W tym czasie badano także aktywność mózgu owada. Okazało się że sygnały z mózgu odzwierciedlały różnice w stężeniu oparów.

Następnym krokiem była optymalizacja systemu przekazywania aktywności mózgowej szarańczy. Zespół pod kierunkiem Ramana, w skład którego wchodzili Shantanu Chakrabartty, prof. Clifford W. Murphy i prof. Srikanth Singamaneni, w celu utrzymania stabilności szarańczy oraz dokładnego rejestrowania aktywności neuronowej, opracował nową procedurę chirurgiczną polegającą na mocowaniu elektrod, które nie utrudniają ruchu szarańczy. Po założeniu nowego oprzyrządowania, aktywność neuronalna szarańczy wystawionej na działanie zapachu materiałów wybuchowych została zarejestrowana w ciągu 500 milisekund, tworząc charakterystyczny dla danego zapachu wzór.

- Teraz możemy wszczepić elektrody szarańczy i przetransportować ją do środowiska - przekonuje Raman. Jego zdaniem pewnego dnia szarańczę będzie można wykorzystać do detekcji materiałów wybuchowych. - Pomysł nie jest tak dziwny, jak mogłoby się wydawać - podkreśla Raman.

- To nie różni się tak bardzo od dawnych czasów, kiedy górnicy używali kanarków. Nawet obecnie ludzie używają świń do znajdowania trufli. To podobne podejście, jest tylko trochę bardziej wyrafinowane – przekonuje.

 

Źródło: Washington University in St. Louis, fot. Raman Lab