科學家創造出能嗅出炸藥氣味的半機器人蝗蟲，能通過手機顯示信息

2020-08-19 全球每日趣聞

美國懷俄明州大學教授傑弗裡·A·洛克伍德撰寫的一本書《六條腿的士兵》中，探討了生物恐怖主義、昆蟲學戰爭、生物戰爭，以及人類從最早到現代的農業恐怖主義預防史。洛克伍德是一位昆蟲學家，在這本書之前就提到了生物控制和蝗蟲的倫理問題。他說，這種昆蟲毀滅性的崛起和神秘的消失，塑造了美國的疆界。

這段蝗蟲史上的高光時刻終將被未來的蝗蟲「英雄們」取代光環。

據多家外媒2020年8月14日報導，美國聖路易斯的華盛頓大學科學家們創造了一種能夠嗅出炸藥氣味的機器人蝗蟲，有朝一日可以用它來幫助人類搜尋炸彈。

科學家們的研究首次展示了生物嗅覺系統如何被人類用傳感器加計算機的形式截獲，從而開發出一種機器人化學傳感方法。

研究小組將電極植入了這種生物大腦中接收嗅覺的區域——觸角葉，以使人們能夠看到它聞到了什麼氣味。

這些蟲子大腦中的信號能反映氣味的濃度，包括TNT、DNT、RDX、PETN和硝酸銨的氣味。

這種蝗蟲的神經元能在500毫秒內分辨出炸彈的氣味，並在傳感器上顯現出來。

這種經過增強改造的蝗蟲是由華盛頓大學的一個研究小組發明的。他們早在2016年就發表過論文，稱發現蝗蟲有嗅覺系統，可以被人類分解，獲取其感知信息。

這使得研究人員能夠確定蝗蟲在不同環境下聞到的是什麼氣味。

該校生物醫學工程教授巴拉尼·拉曼（Barani Raman）說：「我們不知道它們是否能夠聞到或精確定位爆炸物，因為這對它們沒有任何生物意義。」

「有可能它們根本不在乎這種線索對我們是否有意義。」

為了儘量減少對蝗蟲的傷害，並使它們保持穩定，以便準確記錄它們的神經活動，研究小組對其進行了一項新的外科手術，為蝗蟲植入不妨礙其移動的電極。

電極成功地捕捉到了蝗蟲暴露在炸藥氣味時的神經元活動，並在500毫秒內將其轉化為可辨別的氣味特定顯示模式。

測試表明，這些蝗蟲可以檢測並辨別出TNT、DNT、RDX、PETN和硝酸銨的氣味。

「最令人驚訝的是，」拉曼說，「我們可以清楚地看到蝗蟲神經元對TNT和DNT以及其他爆炸化學氣體的不同反應。」

拉曼和他的團隊設計了一個「氣味箱和蝗蟲手機」，以觀察蝗蟲對炸彈的探測能力。

研究小組把不同的氣味注入一個盒子裡，然後把它放在一輛遙控汽車的頂部。

當蝗蟲被驅趕並嗅出不同濃度的氣味時，研究人員趁機研究了它們與氣味有關的大腦活動。

「你知道嗎，這就像你對咖啡店咖啡味道的感知一樣。當你離咖啡店很近的時候，咖啡的味道更濃；而當你離得更遠時，咖啡味聞起來就談了？」拉曼說，「這就是我們所關注的。下一步我們要做的是優化傳輸蝗蟲大腦活動的系統。」

拉曼說：「現在我們可以植入電極，密封蝗蟲，並把它們運送到不同的環境中。」

研究小組希望，這一突破可以用來幫助人們尋找爆炸物。

拉曼說，這個想法並不像乍聽起來的那麼奇怪。

「這與過去煤礦工人使用金絲雀的時代沒什麼不同。」

「人們還曾用豬來尋找松露。這是一種類似的方法。只是，這次稍微複雜一點。」

也許，有朝一日，人們走在大街上看到蝗蟲時不僅要給它們行注目禮，還要加上敬畏之心，因為它們在執行任務。

相關研究論文發表在本月出版的《生物傳感器和生物電子學》雜誌上。

雖然一隻蝗蟲可以在複雜的環境中探測和定位分散的氣味，但一群蝗蟲可以做得更好。研究小組進行了實驗和模型研究，並確定「通過多個生物體進行感應，可以更有效地檢測目標化學物質。」

巴拉尼·拉曼，生物醫學工程教授。他的研究方向包括計算和系統神經科學、模式識別、基於傳感器的機器嗅覺和生物啟發智能系統。

他的研究結合了理論和電生理學的方法來研究生物大腦如何處理複雜的感覺信號（尤其是嗅覺信號），並確定了神經計算的基本原理。同時，他還參與了新型神經形態設備（如「電子鼻」）和算法的開發，這些設備和算法在生物醫學、領土安全、機器人和人機互動領域均有潛質應用。

巴拉尼·拉曼在論文中寫道：「雖然這些進展是重大的，但仍然存在挑戰。挑戰就在於如何利用這些研究成果生成一套簡單易用的化學傳感器，且低成本、維護少。這就為我們提出了一個基本問題：能否開發出與相對簡單的生物嗅覺系統相匹配的電子鼻？」

本文選題/編輯：tracyisme

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