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研究人员离炸弹嗅探机器人蝗虫又近了一步

发布2020年8月17日

如果你想增强蝗虫的威力,使其成为炸弹嗅探器,那么在将其投入使用之前,还需要解决一些技术难题。

有些方法可以引导蝗虫 - 告诉它去哪里做嗅觉吗?因为蝗虫不能说(还是),有没有办法阅读这些机器人虫子的大脑来了解他们闻到了什么?

就此而言,可以蝗虫甚至闻到爆炸物?

研究人员展示了他们如何能够劫持蝗虫的嗅觉系统来探测和区分不同的爆炸气味——这是蝗虫嗅出炸弹的又一步。图片来源:拉曼实验室

对前两个问题都是。之前圣路易斯华盛顿大学的研究已经证明了控制蝗虫的能力和读懂它们大脑的能力,也就是说,辨别它们在闻什么。现在,多亏了麦凯维工程学院的新研究,第三个问题得到了解决。

答案再次:'是。'

在期刊网上发表的预校样中生物传感器与生物电子学,研究人员发现,他们如何能够劫持蝗虫的嗅觉系统既检测和不同的爆炸性气味区分 - 所有曝光的几百毫秒内。

他们还能够优化之前开发的生物机器人传感系统,该系统可以检测到蝗虫的神经元放电,并将信息传递给研究人员,告诉他们蝗虫感知到的气味。

“我们不知道他们是否能够闻到爆炸物,因为它们没有任何有意义的生态意义,”生物医学工程教授Barani Raman说。“在这个特殊情况下,他们不关心任何对我们有意义的提示。”

拉曼实验室之前的工作结果发现,蝗虫的嗅觉系统可以被解码为“或者”的逻辑操作。这使得研究人员能够确定蝗虫在不同环境下的气味。

有了这些知识,当研究人员将蝗虫暴露在TNT、DNT、RDX、PETN和硝酸铵(一种化学成分不同的炸药)的蒸汽中时,他们能够寻找类似的模式。“最令人惊讶的是,”拉曼说,“我们可以清楚地看到,神经元对TNT和DNT以及其他爆炸性化学气体的反应不同。”

拉曼说:“有了这一关键数据,我们就可以开始工作了。我们进行了优化。”

现在他们知道蝗虫可以检测和区分不同的爆炸物,而是为了寻找炸弹,蝗虫必须知道气味散发的方向。进入“气味盒和蝗虫移动”。

“你知道当你靠近咖啡馆时,咖啡气味更强大,当你更远的时候,你闻到了它少了?拉曼说,这就是我们所看的。爆炸性蒸汽通过盒子的孔注入孔,其中蝗虫坐在微小的车辆中。随着蝗虫的推动和嗅闻不同浓度的蒸气,研究人员研究了其异味相关的大脑活动。

昆虫大脑中的信号反映了水蒸气浓度的差异。

下一步是优化用于传输蝗虫的大脑活动的系统。包括在内的团队Shantanu Chakrabartty普雷斯顿·格林电气与系统工程系的克利福德·墨菲教授Srikanth Singamaneni,机械工程与材料科学系莉莉安与E.莱尔休斯教授(Lilyan & E. Lisle Hughes),专注于研究微小蝗虫。

为了对蝗虫造成最小的伤害,同时为了准确记录它们的神经活动,研究小组提出了一种新的外科手术程序,在不妨碍蝗虫运动的情况下连接电极。在他们的新仪器就位后,蝗虫暴露在爆炸气味下的神经元活动在500毫秒内被分解成可识别的气味特定模式。

拉曼说:“现在我们可以植入电极,密封蝗虫,并将它们传输到移动环境中。”总有一天,那个环境会变成国土安全正在搜寻爆炸物。

拉曼说,这个想法并不像听起来那么奇怪。

“这并不是与煤矿工人使用的过去的日子不同,”他说。“人们用猪来寻找松露。这是一种类似的方法 - 使用生物体 - 这只是一个更复杂的。“

来源:华盛顿大学在圣路易斯

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