دانشمندان ملخ سایبورگ بمب‌یاب پرورش دادند

گروهی از دانشمندان آمریکایی که تحت پشتیبانی مالی نیروی دریایی ایالات متحده قرار دارند، اعلام کرده‌اند که با تقویت موفقیت‌آمیز ملخ‌ها، توانایی آن‌ها در تشخیص طیف گسترده‌ای از بوهای شیمیایی ازجمله مواد منفجره را تحت کنترل درآورده‌اند.

به‌نقل از نسخه‌ی پیش‌انتشار مقاله‌ای پژوهشی که در ۱۱ فوریه در پایگاه‌داده‌ی بایوآراکسیو دردسترس قرار گرفته است، دانشمندان به‌منظور شناسایی گازهای منتشرشده توسط مواد نظیر آمونیوم نیترات، از حشرات استفاده کردند. گروه‌های تروریستی معمولا از ماده‌ی یادشده برای ساخت بمب و مواد منفجره‌ی نظامی تی‌ان‌تی و آردی‌اکس استفاده می‌کنند. در این پژوهش، تک‌تک ملخ‌ها با موفقیت قادر بودند ماده‌ی آتش‌زا را از طریق بو کشیدن پیدا کنند؛ اما وقتی دانشمندان داده‌ها را از هفت ملخ یا بیشتر گردآوری کردند که با این کار، توانایی تشخیص بو بین گروهی کوچک توزیع شد، نتایج پژوهش بهبود یافت.

به‌گفته‌ی کریس بارانیوک، روزنامه‌نگار علمی و نویسنده‌ی این خبر، پژوهشگران از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیز ازاظهارنظر درباره‌ی یادداشت او خودداری کردند؛ اما مقاله‌ی آن‌ها چگونگی تبدیل حشرات به موجوداتی بمب‌یاب را با کاشت الکترود درون مغزشان توصیف می‌کند. کاشت الکترود به پژوهشگران امکان داد تا فعالیت عصبی ملخ‌ها را هنگام برخورد آن‌ها با مواد خاص تجزیه و تحلیل کنند.

چهار سال پیش، اداره‌ی پژوهش‌های نیروی دریایی ایالات متحده، مبلغ ۷۵۰ میلیون دلار بودجه به پروژه‌ی مورد بحث اختصاص داد؛ اما در آن زمان معلوم نبود که آیا ایده‌ی تبدیل ملخ‌ها به ماموران شناسایی بمب اصلا عملی خواهد بود یا خیر. با این حال، مقاله‌ی جدید نشان می‌دهد که برخی ملخ‌ها را که به‌طور زیستی هک شده‌اند، می‌توان یک‌روز در میدان نبرد به‌کار گرفت.

به‌نقل از نسخه‌ی پیش‌انتشار مقاله، دانشمندان در پژوهش خود تصمیم گرفتند از ملخ‌های آمریکایی استفاده کنند؛ زیرا آن‌ها سرسخت هستند و می‌توانند محموله‌های سنگین را حمل کنند. چالش واقعی پژوهشگران این بود که بدون قراردادن ملخ‌ها درمعرض عمل جراحی گسترده، راهی برای خواندن ذهن آن‌ها پیدا کنند. این روش شامل ایجاد برشی جزئی در سر ملخ‌ها بود که به آن‌ها امکان داد پس از عمل به حرکت آزادانه‌ی شاخک و بخش‌های دهانشان ادامه دهند.

اما برای آنکه این ملخ‌های سایبورگ کاربردی باشند، گردانندگان باید بتواند حرکات آن‌ها را به‌طور فیزیکی کنترل کنند. بدین منظور، دانشمندان دانشگاه واشنگتن ملخ‌ها را در ربات‌های چرخدار کوچکی محفوظ کردند که می‌تواند در موقعیت دلخواه قرار گیرد. پژوهشگران همچنین درحال تکمیل پژوهش روی کاشت‌های ابریشم‌پایه‌ی «خالکوبی نانو» هستند که به گردانندگان امکان خواهد داد بدون استفاده از وسیله‌ای نقلیه، حشره را از راه دور حرکت دهند.

ملخ‌های سایبورگ درمعرض پنج ماده‌ی منفجره‌ی مختلف و چند ماده‌ی شیمیایی دیگر قرار گرفتند. درمدت ۵۰۰ میلی‌ثانیه از قرارگیری ملخ‌ها در این وضعیت، الگویی مشخص و متمایز از فعالیت در مغز حشرات ظاهر شد. این سرعت بسیار بالا به‌لطف بیولوژی ملخ قابل دستیابی است؛ زیرا شاخک بسیار کوچک آن‌ها حاوی نزدیک به ۵۰ هزار نورون بویایی است و همین خصوصیت موجب می‌شود این جانداران بهتر از هر حسگر مصنوعی قابل ساخت به دست انسان‌ها بتوانند طیف گسترده‌ای از مواد را تشخیص دهند.

ازآنجاکه پردازش حجم کلان داده از ده‌ها هزار نورون چالش‌برانگیز بود، تیم پژوهشی بر ایجاد گلوگاه در خود مغز ملخ تمرکز کرد. این بخش از مغز حشرات شامل ناحیه‌ای فشرده با تقریبا تنها ۸۰۰ نورونی بود که اطلاعات را از شاخک پردازش می‌کنند. سیگنال‌های موجود در آنجا، آنچه را حشرات حس می‌کردند، نشان داد و دانشمندان به‌لطف آن توانستند به‌نحو مؤثر  به مغز ملخ‌ها گوش دهند.

به‌نقل از پژوهشگران، سیگنال‌های باکیفیت را تنها می‌توان با الکترودهایی دریافت کرد که تقریبا هفت ساعت از کاشتشان در مغز ملخ می‌گذرد و بعد از آن سیگنال از دست می‌رود؛ اما دانشمندان اشاره کردند که این زمان را احتمالا می‌توان با دادن منظم غذا به حشرات و اصلاح تکنیک جراحی استفاده‌شده برای تقویت آن‌ها افزایش داد.

مطالعات پیشین نشان داده‌اند که می‌توان واکنش‌های عصبی به بوهای مختلف را در مغز حشرات گوناگون آشکار کرد. توماس نوانتی از دانشگاه ساسکس در بریتانیا و همکارانش در سال ۲۰۱۴ نشان دادند که این کار را می‌توان با مگس‌های میوه انجام داد. به‌گفته‌ی نوانتی، ساخت سامانه‌های همراه سایبورگ‌مانند با ربات چرخدار گامی رو به جلو محسوب می‌شود. با این حال، او افزود که برای زنده‌نگاه داشتن ملخ‌های تقویت‌شده همچنان چالش‌هایی کاربردی وجود دارد. از نگاه وی، ممکن است استخراج سازوکارهای حسی مرتبط از شاخک ملخ و تعبیه‌ی آن درون سامانه‌ی سایبورگی دیگر به‌جای حفظ کل حیوان منطقی‌تر باشد.

آلپر بوزکوت از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی که او نیز ایده‌ی حشرات سایبورگ را آزمایش کرده است، هشدار می‌دهد که حفظ حیوانات زنده و مکانیکی تقویت‌شده می‌تواند در محیط واقعی مشکل‌ساز باشد. با این حال او اذعان کرد که پژوهش جدید پژوهشگران، دستاوردی هیجان‌انگیز و مهم به‌شمار می‌آید.