该项目由美国海军研究办公室资助,由该校生物医学工程助理副教授巴拉尼哈冉·拉曼领衔,他花了数年时间研究蝗虫如何处理气味。拉曼说,与大自然设计的动物鼻子相比,人类设计的任何传感设备都是“基本版”。他说,“我们为什么要重新发明轮子?而不是利用基于生物的解决方案?”
拉曼说,创建这种半机器人的昆虫需要整合三方面的技术。他的介绍让人感觉就像在听科幻故事,真是闻所未闻。
首先,得把蝗虫引导到需要它进入的偏远或危险区域。要做到这一点,他们采用具备生物兼容性的丝织物制造等离子体“文身”,贴在昆虫翅膀上,它能将光转换成热。借助激光瞄准文身,利用蝗虫远离热源的天性,可以控制蝗虫的飞行方向,比如,让右边的翅膀得到更多热量,就能引导昆虫朝左飞,反之亦然。
这些文身中包含的电浆纳米结构,使其还能采集环境中的挥发性有机物样本,提供给后续的环境化学物质研究。
第二招是,一旦蝗虫进入危险区域,研究人员需要实时知晓它闻到什么气味。他们通过外科手术,将微型电极植入到蝗虫的大脑中,以便“劫持”它的触角,截留其得到的信息。当蝗虫闻到什么时,电极会读到由此产生的电活动。
最后,得把信息从蝗虫所在的位置传送给身处远方的操纵者。附图中蝗虫的小背包是团队设计的功耗低、重量轻的设备,它能将神经活动解码,记录到芯片上,或通过无线发送给操纵者。探测结果最终由LED直观地体现:红灯是有爆炸物,绿灯是没有状况。
拉曼表示,上述三方面的技术都已进行了单独测试,现在需要将它们整合起来,组成整体性的仿生昆虫系统。
那么,为什么是蝗虫呢?“它们的化学感测部分非常发达。观察蝗虫的触角,这里有数量达几十万个的化学传感器,而且种类繁多。”拉曼说,“蝗虫能在进入新环境的几百毫秒内闻到新的气味。”
但真正的关键是,蝗虫的大脑相对简单,较有可能操控。拉曼说,对安全和医疗应用来说,犬类的嗅觉系统当然是顶级的,不过由于其大脑更发达,检索信息的困难可能成为障碍;你还需要时间和努力来训练它。而研究证明,在诸如远程爆炸物感测等应用中,蝗虫将是可行的替代者。
拉曼估计,样机将在1年内准备好,并进行严格测试。顺利的话,半机器人蝗虫将在2年内问世。他认为还能将其用到基于闻气味的其他任务,包括那些依靠嗅觉的医疗诊断。 凌启渝