Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
19.02.2020
Денис Гордеев
11 496

Ученые создали сенсоры для определения взрывчатки на основе саранчи

4.4

Нейроны обонятельной доли мозга американской саранчи по-разному реагируют на вещества и концентрации этих веществ. Это свойство может быть использовано с целью поиска взрывчатых веществ.

Саранча, модифицированная для поиска взрывчатки
Саранча, модифицированная для поиска взрывчатки / © Washington Post

У собак, которые ищут взрывчатку, может появиться новый конкурент. Группа ученых из Университета Вашингтона в Сент-Луисе использовала обонятельные способности американской саранчи Shistocerca americana для создания «живых анализаторов взрывчатки». Статья об этом выложена в базе препринтов BioRxiv.

Насекомые воспринимают запахи при помощи нейронов обонятельных рецепторов в усиках. Эти рецепторы передают сигнал в так называемую обонятельную долю мозга. У саранчи на каждом усике насчитывается не менее 50 тысяч подобных нейронов.

Американская саранча была выбрана для проведения экспериментов по ряду причин. Во-первых, обонятельная система этих существ хорошо изучена. Во-вторых, в нервной системе саранчи присутствуют так называемые безымпульсные нейроны, которые не генерируют потенциал действия, что облегчает регистрацию сигналов с проекционных нейронов, более чувствительных к обонятельным раздражителям. Кроме того, саранча хорошо переносит хирургические вмешательства, способна нести на себе полезные грузы и может быть обучена распознаванию запахов.

Чтобы оценить способность S. americana определять взрывчатку, ученые подвергали усики насекомых воздействию паров различных взрывоопасных веществ, таких как тринитротолуол (известный под коммерческим названием тротил) и его химический предшественник 2,4-динитротолуол. В качестве контроля использовались субстанции без взрывчатых свойств, например теплый воздух и бензальдегид (ароматическое вещество, основной компонент миндального масла).

Американская саранча с сенсором на спинке
Американская саранча с сенсором на спинке / © Baranidharan Raman

Чтобы проверить, как именно саранча реагирует на запахи, исследователи вживили в их обонятельные доли электроды для регистрации нейронной активности. Оказалось, при воздействии разных типов веществ у насекомых активировались различные группы нейронов.

«Активация нейронных ансамблей показывает уникальные мультивариантные химические «слепки», которые дают возможность различать пары взрывоопасных веществ от остальных, — пишут ученые в своей статье. — Целевое химическое распознавание занимает лишь несколько сотен миллисекунд».

Авторы исследования также разработали электрофизиологическую систему регистрации и передачи сигналов обонятельной доли. Она выглядит как крохотный рюкзак, который помещали саранче на спину. Эти сенсоры записывали и передавали активность обонятельных долей мозга насекомых на компьютеры по беспроводной связи.

Видео о необычной разработке / Youtube — Washington University in St. Louis

Саранча с вживленными электродами успешно распознавала ароматы паров взрывчатых субстанций на протяжении семи часов. После этого насекомые погибали от усталости. Чтобы нивелировать эффект истощения, исследователи обездвижили существ, закрепив их на подвижных платформах с дистанционным управлением. Оказалось, саранча не только может определять типы вещества, но и образом реагирует на различающиеся концентрации взрывчатых веществ в воздухе.

Ученые также протестировали схему обработки данных, в которой объединялась информация от нескольких насекомых. Такой метод позволит эффективно определять концентрацию целевых веществ в местах с разнонаправленными потоками воздуха, где содержание отдельных молекул может заметно колебаться в ограниченном объеме пространства. Выяснилось, что объединение данных, полученных от семи насекомых, повышало точность определения примерно на треть.

Исследователи полагают, что «поисковую саранчу» можно использовать для обеспечения внутренней безопасности. В дальнейших исследованиях ученые хотят определить, насколько хорошо биологическая сенсорная система на основе саранчи работает в тех случаях, когда в воздухе присутствуют пары нескольких веществ одновременно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 18:06
Василий Парфенов

Украинская частная космическая компания Promin Aerospace, несмотря на сложную обстановку в стране, продолжает работу над ракетой оригинальной конструкции. Первый тестовый запуск намечен на первую половину 2023 года. В свежем интервью основатель стартапа рассказал, что даже если прототип не получится отправить в полет на родине, сроки не должны сильно измениться.

5 декабря
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

5 декабря
Сергей Васильев

Интерферометр, плечи которого разнесены по разным континентам Земли, сможет увидеть рождение первых звезд во Вселенной и заметить работу радаров на далекой экзопланете, где, возможно, есть жизнь.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

5 декабря
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

2 декабря
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: