Sfruttare le caratteristiche di forme viventi anche complesse per superare i limiti umani è una pratica in uso da sempre. Canarini nelle miniere. Maiali per i tartufi. Cani da caccia e antidroga. Perfino meduse. La prossima fase (con tutti i suoi limiti etici) è ancora più invasiva.
Ci avviciniamo ad un’era, ad esempio, in cui una locusta cyborg sarà controllata per “fiutare” bombe ed esplosivi. Ancora pochi problemi tecnici da superare e il loro impiego passerà dal campo della fantascienza a quello della realtà.
Locusta cyborg: le domande ancora aperte, e le risposte della ricerca attuale
C’è un modo per dirigere la locusta cyborg, e “dirle” dove andare a fiutare? SI.
E poiché le locuste non possono (ancora) parlare, c’è un modo per leggere il cervello di questi insetti e sapere cosa stanno annusando? SI.
Del resto, le locuste possono persino sentire l’odore degli esplosivi? Ancora SI.
La risposta alle prime due domande viene da precedenti ricerche della Washington University. Ve ne ho parlato qui. Ricerche che hanno dimostrato sia la capacità di controllare le locuste sia la capacità di leggere i loro cervelli, per così dire, per discernere ciò che stanno annusando.
La risposta alla terza domanda arriva oggi, grazie a una nuova ricerca della McKelvey School of Engineering.
Dirottare una locusta
In una prova preliminare pubblicata online il 6 agosto sulla rivista Biosensors and Bioelectronics: X, i ricercatori hanno mostrato come sono stati in grado di dirottare il sistema olfattivo di una locusta per rilevare e discriminare tra diversi profumi esplosivi, il tutto entro poche centinaia di millisecondi di esposizione.
Il team è stato anche in grado di ottimizzare un sistema di rilevamento biorobotico sviluppato in precedenza. Un sistema in grado di rilevare i neuroni della locusta cyborg, e trasmettere tali informazioni in modo da codificare gli odori che le locuste stavano percependo.
“Non sapevamo se sarebbero stati in grado di annusare o individuare gli esplosivi perché non hanno alcun significato ecologico significativo”, dice Barani Raman, professore di ingegneria biomedica. “Era possibile che a loro non interessasse nessuno dei segnali che erano significativi per noi in questo caso particolare”.
Come capire il fiuto della locusta cyborg
Il lavoro precedente nel laboratorio di Raman ha portato a una scoperta: il sistema olfattivo delle locuste poteva essere decodificato come un’operazione logica “and/or”. Questo ha consentito ai ricercatori di determinare ciò che “annusa” una locusta cyborg in diversi contesti.
Alcuni Vapori esplosivi sono stati immessi attraverso un foro in una scatola in cui la locusta si trovava, posizionata su un piccolo veicolo. Mentre la locusta veniva spinta in giro e annusava diverse concentrazioni di vapori, i ricercatori hanno studiato la sua attività cerebrale correlata agli odori.
Con questo metodo i ricercatori sono stati in grado di catalogare le reazioni della locusta all’esposizione a vapori di TNT, DNT e nitrato di ammonio, il composto salito purtroppo agli onori della cronaca a causa del devastante, recente disastro di Beirut. “Sorprendentemente”, ha detto Raman, “abbiamo potuto vedere chiaramente i neuroni che rispondevano in modo diverso ai vari esplosivi”.
Con questi dati, il team ha costruito un vero e proprio “dizionario” olfattivo degli esplosivi per la locusta cyborg.
Se una singola locusta può rilevare e localizzare un odore disperso in un ambiente complesso, uno sciame può fare ancora meglio. Il team di ricerca ha condotto esperimenti specifici e ha stabilito che “l’impiego di più organismi porterebbe a un rilevamento più efficiente delle varie sostanze chimiche”.
Una volta accertato che le locuste possono rilevare e discriminare tra diversi esplosivi, la parte più difficile: cercare una bomba. Per cercare una bomba, una locusta avrebbe dovuto sapere da quale direzione proveniva l’odore.
Fase due dell’esperimento
Avete presente quando siete vicino al bar e l’odore del caffè è più forte, mentre quando siete più lontano, lo sentite meno? Ecco. È più o meno ciò che gli scienziati hanno cercato di valutare nella locusta cyborg.
I vapori esplosivi, come sapete, sono stati immessi attraverso un foro nella scatola in cui la locusta si trovava in un minuscolo veicolo. Mentre la locusta veniva spinta in giro, la “mappa” degli odori ha tenuto conto anche delle differenze di distanza e concentrazione.
Il passo successivo è stato l’ottimizzazione del sistema per la trasmissione dell’attività cerebrale delle locuste.
Il team di Shantanu Chakrabartty e Srikanth Singamaneni si è concentrato sull’ampiezza dell’esperienza olfattiva. Arrivando a codificare perfettamente ciascun odore nel giro di 500 millisecondi.
“Ora possiamo impiantare gli elettrodi e trasportare le locuste in scenari reali”, ha detto Raman.
