Команда инженеров из Университета Вашингтона в Сент-Луисе под руководством Рамана Баранидхарана рассчитывает использовать естественные возможности механизма обоняния саранчи для создания перспективных систем зондирования, которые могут быть использованы для обнаружения взрывчатых веществ.
Баранидхаран Раман, доцент кафедры биомедицинской инженерии в школе инженерных и прикладных наук сумел предоставить руководству Управления военно-морских исследований США (ONR) достаточно веские аргументы в пользу перспективности разработки и получить трехлетний грант в $750,000, необходимый для проведения исследований. Эта сумма позволила не только обеспечить заинтересованность ключевых специалистов в различных областях знаний, но и создать все условия для проведения плодотворных экспериментов.
Всесторонние исследования, проводимые лабораторией Рамана в течение нескольких последних лет позволили детально изучить, как относительно простой мозг саранчи принимает и обрабатывает сенсорные сигналы. Исследователи пришли к выводу, что даже незначительные изменения химического состава воздуха, становящиеся причиной появления запаха провоцируют практически мгновенную динамическую нейронную активность головного мозга насекомого. Как показали проведенные эксперименты, используя этот простейший механизм саранча способна точно идентифицировать конкретный запах даже в составе множества других.
Ряд экспериментов, направленных на изучение способности саранчи к приобретению навыков избирательного реагирования на конкретные запахи принесли положительный результат. Более того, саранча, прошедшая «обучение» смогла точно идентифицировать нужный запах не только в составе множества остальных, но и при воздействии отягощающих восприятие фоновых условий.
«Зачем изобретать велосипед? Почему бы не воспользоваться готовыми конструкционными биологическими решениями? — рассуждает Раман — Но,… даже самые передовые миниатюрные химические устройства сегодня используют всего несколько датчиков. С другой стороны, стоит посмотреть на усики насекомых, и вы рассмотрите несколько сотен тысяч датчиков, причем различных типов. Не проще и эффективнее ли использовать эти естественные возможности для обнаружения взрывчатых веществ». Достаточно убедительно выглядят и результаты экспериментов, собранные Раманом за несколько лет изучения насекомых. Они также подтверждают: их органы обоняния работают на порядки точнее и эффективнее, чем самые современные сенсорные технологии.
В соответствии с поставленной задачей Раман и команда в составе коллег-программистов, специалистов по материаловедению и инженеров-схемотехников предложили использовать естественные возможности сенсорной системы обоняния саранчи в качестве основы для разработки «био-гибридного носа». Достичь цели исследователи собираются в несколько этапов.
Задача N1. «Биологические системы зондирования на порядок сложнее их кибернетических аналогов. В полной мере это относится и системе химического зондирования, ответственного за обоняние», — пояснил Раман. Для того, чтобы превратить вредоносное насекомое в существо, способное спасать жизни людей, разумеется, потребуется оперативное вмешательство. Для этой цели в мозг саранчи планируется имплантировать специальные датчики, которые позволят декодировать нейронные импульсы. Как утверждает Раман, через несколько часов после такой операции насекомое уже в полном порядке.
Задача N2 — разработать миниатюрный рюкзачок-передатчик со светодиодами, закрепляемый на спине саранчи и транслирующий сигналы с мозга насекомого на приемник. Ситуация, когда запах не распознан будет соответствовать горящему зеленому светодиоду, а когда запах идентифицирован — сопровождаться загоранием красного.
Задача N3 — превратить саранчу в управляемый с земли «летательный аппарат» и разработать систему, позволяющую направлять насекомое к месту потенциальной закладки взрывчатки. Эту задачу исследователи намерены решить при помощи специфической «татуировки» на крыльях, нанесенную биосовместимым шелком. Низкоэнергетический лазерный луч, направленный оператором, попадая на татуировку превращается в тепло. При фокусировке луча на татуировке, расположенной на левом крыле, насекомое переориентируется влево, и наоборот.
Еще одно невосполнимое преимущество технологии, предложенной группой американских исследователей — невероятная скорость распознавания запаха: для того, чтобы идентифицировать какой-либо из них саранче будет достаточно долей секунды.
Кроме того, татуировки, буквально усыпанные плазмонными наноструктурами позволят собирать образцы находящихся в зоне контакта летучих органических соединений для изучения их химического состава с использованием более традиционных методов.
Согласно информации, опубликованной на страницах сайта университета прототип киборга-саранчи группа Рамана сможет представить уже через год. Принимая во внимание недавние работы профессора и рейтинг его лаборатории в научных кругах, это обещание уже не кажется столь маловероятным. Если планы исследователей осуществятся, то уже через два года эскадрильи летающих био-киборгов отправится на своё первое разведывательное задание.
О лаборатории Рамана Баранидхарана
Исследования, проводимые в лаборатории Рамана направлены на понимание организации и принципов функционирования биологических сенсорных систем, используемых относительно простой обонятельной системой беспозвоночных. Для достижения этой цели, сочетая различные электрофизиологические методы регистрации и вычислительные методы моделирования, ученые исследуют, как многомерные и динамические сигналы запахов кодируются в нейронном представлении (кодирования запаха) и обрабатываются в головном мозге.
Понимание того, как мозг интерпретирует сложные сенсорные стимулы имеет важнейшее значение для разработки нейроморфных
устройств и алгоритмов для решения параллельных инженерных задач. В сотрудничестве с Национальным институтом стандартов и технологий, лаборатория профессора Рамана в настоящее время разрабатывает нейроморфный «электронный нос» на основе МЭМС микродатчиков массивов для неинвазивного химического зондирования. Потенциальные целевые приложения для технологии электронного носа включают медицинскую диагностику, национальную безопасность, мониторинг окружающей среды, космические исследования, робототехнику и взаимодействие человека с компьютером.
Источник
На этом всё, с вами был Dronk.Ru. Не забывайте возвращать деньги за покупки в Китае и подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.
Рекомендуем:
— Экономим до 8% с каждой покупки на AliExpress и других интернет-магазинах Китая
— Почему интернет-магазины отдают деньги за покупки?
— Верните свои деньги — Выбираем кэшбэк-сервис для Aliexpress
— История развития Dronk.ru — от выбора квадрокоптеров до возвращения денег за покупки на AliExpress и не только
— Лучший кэшбэк сервис или 5 основных критериев оценки кэшбэк-сервиса
