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科学家们设计了“电子蝗虫”来嗅出炸弹

主图片由圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院提供。

一种更小、更未来的生物可能会取代狗,成为首选的爆炸物探测动物:cyborg蚱蜢

在美国海军研究办公室的资助下,圣路易斯华盛顿大学的科学家们已经找到了一种侵入这种昆虫嗅觉的方法,希望能利用这种昆虫来探测爆炸物在预印本服务器bioRxiv上发表。

没有鼻子,没有问题

人类的嗅觉始于我们的鼻子,而蚱蜢则利用触角上的感受器神经元来探测空气中的气味。每根触角包含5万个神经元,当它们探测到气味时,就会向昆虫大脑中被称为“触角叶”的部分发送电子信号。

为了利用这个系统,科学家们在蚱蜢的触角叶中植入电极。然后他们将这些昆虫暴露在包括炸药在内的不同气味中三硝基甲苯二硝基酚研究人员发现,不同的气味会激活蚱蜢触角叶的不同神经元。

研究人员为蚱蜢设计了微型背包,每个背包里都装有一个传感器,可以将昆虫大脑电极上的数据无线传输到电脑上。

通过分析大脑电极探测到的电信号,科学家们可以确定蚱蜢是何时闻到TNT、DNT气味,还是实验对照气味(热空气和苦杏仁油中发现的一种化学物质)。

气味测试

研究的下一步是观察这种读取蚱蜢大脑中气味信号的能力如何被证明对爆炸物探测有用。

为此,研究人员为蚱蜢设计了微型背包,每个背包里都装有一个传感器,可以将昆虫大脑电极上的数据无线传输到电脑上。

一只蚱蜢背着一个装有传感器的小背包,传感器可以将昆虫大脑电极上的数据无线传输到电脑上。研究人员希望利用昆虫的嗅觉来探测爆炸物。图片来自圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院。

一只蚱蜢背着一个装有传感器的小背包,传感器可以将昆虫大脑电极上的数据无线传输到电脑上。研究人员希望利用昆虫的嗅觉来探测爆炸物。图片来自圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院。

尽管背包很轻,但仍足以让蝗虫动弹不了,所以研究小组将这些昆虫放在了遥控平台上。然后他们把平台开到不同的地方。

通过分析单个半机器人蚱蜢的大脑活动,研究人员可以以60%的精确度确定炸药浓度最高的位置。当他们考虑到7只蚱蜢的大脑活动时,准确率跃升到80%。


这项研究有一些明显的局限性。

首先,在研究人员将电极植入蚱蜢的大脑后,他们只有7个小时的窗口时间来使用昆虫来检测爆炸物,然后这些昆虫就会疲劳死亡。

此外,研究人员没有测试机器人蝗虫在多种气味弥漫的空气中探测爆炸物的能力,这很可能是现实世界部署时的情况。

然而,根据研究人员的论文,这是第一次有人证明了一种结合生物的方法嗅觉系统通过检测化学气味的技术,这种方法可以避免目前方法的一些问题。

Sniffin”不是一件容易的事

尽管经过了几十年的努力,科学家们还没有开发出一种能够与动物嗅觉能力相媲美的机器——安人工鼻根本无法与生物生物竞争。

这是第一次有人展示了一种将生物嗅觉系统与探测化学气味的技术相结合的方法。

在嗅气味方面,有些动物比其他动物更擅长,但如果我们能使用熊就太好了——这种动物有最佳嗅觉-在爆炸物探测方面,狗狗已经被证明是有天赋和可训练的气味探测器的理想组合。

问题是训练爆炸物检测犬(和它的训导员)是昂贵和耗时的而目前供应的训练有素的狗则不能满足需求

此外,最近的报告表明,训练有素的狗有时会遭受悲惨的处境和虐待这导致一些动物在完成一年的工作之前就死去了。

如果科学家们能想出如何有效利用技术,直接进入蚱蜢的大脑,知道炸弹何时在附近,这种电子虫就可以结束我们对狗狗爆炸物探测的依赖——这项研究是第一个可能的迹象。

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