Un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis busca capitalizar el sentido del olfato en las langostas para crear nuevos sistemas de detección biorobótica que podrían usarse en aplicaciones de seguridad nacional.
Baranidharan Raman, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, recibió una subvención de $ 750,000 por tres años de la Oficina de Investigación Naval ONR para utilizar el sistema olfativo de langosta altamente sensible como base para desarrollaruna nariz biohíbrida. Junto a Raman en la investigación están los colegas ingenieros Srikanth Singamaneni, profesor asociado de ciencia de los materiales, y Shantanu Chakrabartty, profesor de informática e ingeniería.
Los sistemas de detección biológica son mucho más complejos que sus contrapartes de ingeniería, incluido el sistema de detección química responsable de nuestro sentido del olfato, dijo Raman. Aunque el sentido del olfato es un sentido primitivo, se conserva en muchas especies de vertebrados e invertebrados.
"Parece que la biología convergió en una solución para el problema de la detección química no invasiva o 'standoff' y ha replicado el mismo diseño y principios de computación en todas partes", dijo Raman. "Por lo tanto, comprender el principio fundamental del procesamiento olfativo esnecesario para diseñar soluciones inspiradas en la biología. "
Durante varios años y con financiación previa de la ONR, Raman ha estado estudiando cómo se reciben y procesan las señales sensoriales en cerebros relativamente simples de langostas. Él y su equipo han descubierto que los olores provocan una actividad neuronal dinámica en el cerebro que permite que la langostapara identificar correctamente un olor en particular, incluso con otros olores presentes. En otra investigación, su equipo también ha encontrado que las langostas entrenadas para reconocer ciertos olores pueden hacerlo incluso cuando el olor entrenado se presentó en situaciones complejas, como superposición con otros olores oen diferentes condiciones de fondo.
"¿Por qué reinventar la rueda? ¿Por qué no aprovechar la solución biológica?", Dijo Raman. "Esa es la filosofía aquí. Incluso los dispositivos de detección química miniaturizados de última generación tienen un puñado de sensores. Por otro lado,Por otro lado, si miras la antena de insectos, donde están ubicados sus sensores químicos, hay varios cientos de miles de sensores y de una variedad de tipos ".
El equipo tiene la intención de monitorear la actividad neuronal del cerebro de los insectos mientras se mueven libremente y exploran y decodifican los olores presentes en su entorno.
Este enfoque también requerirá componentes electrónicos de baja potencia para recopilar, registrar y transmitir datos. Chakrabartty, un experto en el desarrollo de electrónica en miniatura en su Laboratorio de Microsistemas Integrados Adaptativos, colaborará con Raman para desarrollar este componente del trabajo.
El equipo también planea usar langostas como un sistema biorobótico para recolectar muestras usando control remoto. Singamaneni, un experto en nanomateriales multifuncionales, desarrollará un "tatuaje" plasmónico hecho de una seda biocompatible para aplicar a las alas de las langostas que generarácalor suave y ayudar a dirigir a las langostas para que se muevan hacia lugares particulares por control remoto. Además, los tatuajes, tachonados con nanoestructuras plasmónicas, también pueden recolectar muestras de compuestos orgánicos volátiles en su proximidad, lo que permitiría a los investigadores realizar un análisis secundario delcomposición química de los compuestos utilizando métodos más convencionales.
"El sistema olfativo canino sigue siendo el sistema de detección de última generación para muchas aplicaciones de ingeniería, incluida la seguridad nacional y el diagnóstico médico", dijo Raman. "Sin embargo, la dificultad y el tiempo necesarios para entrenar y acondicionar a estos animales, combinado con la falta de procedimientos de decodificación sólidos para extraer la información de envío químico relevante de los sistemas biológicos, plantean un desafío significativo para una aplicación más amplia.
"Esperamos que este trabajo desarrolle y demuestre un enfoque de detección de sustancias químicas, basado en langostas híbridas y de prueba de concepto para la detección de explosivos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Beth Miller. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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