Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2012 № 07
Основная идея всех трех разработок состоит в том, чтобы использовать не только крылья и мышцы насекомого, управляя напрямую их движением, но и научиться отдавать приказы нервной системе, которая сама уже позаботится об их исполнении. Сигналы, посылаемые в мозг таким образом, контролируют полет насекомого.
Если в помещении, где летает жук Mecynorhina ugandensis из подсемейства бронзовых, выключить свет, то он тут же садится. Подобное поведение жука подсказало ученым из группы Хиротаки Сато идею управлять полетом при помощи сигналов, посылаемых в зрительную часть мозга насекомого. Разность потенциалов, подаваемая при помощи электродов к левой и правой зрительным областям жука, заставляет насекомое лететь туда, где, как ему кажется, светлее. Причем нервная система, получив сигнал к действию, дальше сама посылает команды мышцам, чтобы поддерживать полет.
Основная сложность, с которой столкнулись ученые, — индивидуальность реакции насекомого на управляющий импульс. Один жук в ответ на стимуляцию летает несколько секунд, другой — две минуты. Стандартизация позволит не только делать более надежных насекомых-киборгов, но и повлечет за собой лучшее понимание принципов работы нервной системы в целом.
Группой ученых-нейробиологов из Германии был создан симулятор полета для обычных мух. Используя это устройство, ученые из Института нейробиологии Макса Планка надеются улучшить обработку динамических изображений для дальнейшего применения этой технологии в робототехнике.
Симулятор представляет собой специальный дисплей с циклически изменяющимся изображением. Насекомое удерживается перед дисплеем на месте с помощью тончайших проводов, которые одновременно являются электродами, позволяющими регистрировать реакции мозговых и нервных клеток на раздражители.
Изображение в симуляторе для мух.
И это не единственный способ управления. Перед тем как поменять направление полета, многие насекомые, обладающие подвижной шеей, как правило, разворачивают голову в нужном направлении. Это позволяет осуществить весьма элегантный способ «руления», который напоминает управление лошадью: при помощи повода и уздечки всадник немного разворачивает голову животного, и оно следует в ту же сторону. Так, используя схожий принцип, группе А. Боцкурта удалось управлять направлением движения бабочки Manduca sexta, подавая электрический потенциал к мышцам ее шеи.
Наконец, мухи-дрозофилы из Йельского университета взлетают, подчиняясь нажатию кнопки. Этому простому действию предшествовала сложная процедура.
Для начала мух изменяют на генетическом уровне. Им встраивают специальный ген, информация с которого считывается при синтезе белка, воздействующего на участок нервного узла в теле насекомого, который отвечает за паническую реакцию. Под действием страха муха взлетает. Но как заставить ген вырабатывать белок в нужный момент? Для этого насекомому вводят молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) в специальной оболочке, которая разрушается под воздействием ультрафиолетового излучения. Нажимая на кнопку, ученые включали излучение. Молекулы АТФ освобождались от оболочки, воздействовали на модифицированные гены в клетках нервного узла, те вырабатывали белок, который раздражал центр паники. После этого до 80 % мух тут же взмывали в воздух.
Схема установки для контролируемого полета насекомого. Для того чтобы вес электронных компонентов не мешал полету, они прикреплены к наполненному гелием шарику.
Цифрами обозначено: 1 — баллон с гелием, 2 — пластиковая трубка, 3 — магнит.
Руководитель проекта Геро Мизенбек надеется, что таким образом можно будет управлять не только мухами и тараканами, но даже млекопитающими, например, мышами. Причем им даже не придется делать инъекции АТФ — достаточно будет дать это вещество в виде таблеток или капель.
Удобно то, что облучать ультрафиолетом можно любую часть подопытного животного или насекомого: нейроны есть везде, а не только в головном мозге. Хотя ученые утверждают, что цель их эксперимента не дистанционное управление мухами, а изучение деятельности нейронов, верится им с трудом. Ведь перспективы у подобных экспериментов весьма заманчивые — от превращения насекомых, способных проникнуть в самые укромные уголки, в шпионов, пожарных и т. д. до дистанционного управления людьми, превращенными в зомби (см. «Подробности для любознательных»).
По материалам агентства CNews
Подробности для любознательных
ОТ НАСЕКОМЫХ ДО ЛЮДЕЙ
Мало кто ныне знает, что Вельзевул — одно из имен дьявола — в переводе с древнееврейского означает «повелитель мух». Получается, что начал он с управления мухами, а закончил установлением власти над людьми.
Не получится ли так не только в мифологии, но и в реальной жизни? Ведь наряду с опытами над насекомыми, исследователи неоднократно пытались командовать и более крупными живыми организмами.
Например, еще в 50-х годах XX века испанскому нейрохирургу Хосе Дельгадо удалось при помощи стимуляции определенных зон мозга кошки заставлять ее поднимать лапу. А в 1965 году он вживил электроды в центр агрессии быка и не побоялся встретиться с ним на арене.
Вместо острой шпаги в руках у Хосе был пульт управления. По нажатию кнопки в мозг животного посылался электрический импульс. Эксперимент прошел успешно: Дельгадо нажал на кнопку, и разъяренный бык остановился перед ученым, не нанеся ему вреда.
Следующий крупный шаг в этой области был сделан уже в нынешнем веке. В 2005 году специалисты японской компании NTT продемонстрировали систему дистанционного управления человеком. Техника управления называется GVS, что расшифровывается как гальваническая стимуляция вестибулярного аппарата.
В область внутреннего уха, где, как известно, находятся органы, отвечающие за ориентацию в пространстве, помещаются электроды. Подаваемые ими электрические импульсы воздействуют на вестибулярный аппарат. В результате человек превращается в радиоуправляемое устройство, движение которого можно контролировать с помощью обычного джойстика.
Представители NTT заявляют, что их изобретение может применяться в видеоиграх или в медицине (для помощи людям с нарушением чувства равновесия). «Остается надеяться, что власти не допустят неконтролируемого использования GVS для иных целей», — говорит по этому поводу эксперт Института неврологии Лондонского университета Брайан Дэй.
У СОРОКИ НА ХВОСТЕ
ШЕСТОЕ ЧУВСТВО. Ученые подтвердили существование шестого чувства — особой чувствительности к жиру — у некоторых людей. Как пишет Journal of Lipid Research, в исследовании, которое провели ученые Вашингтонского университета в Сент-Луисе, впервые показано, что способность людей распознавать вкус жира определяется вариантами одного гена.
Этот ген кодирует белок CD36, находящийся во вкусовых сосочках языка. У более восприимчивых к вкусу жира людей синтезируется больше белка CD36, и они в 8 раз более восприимчивы к присутствию жира, чем те, у кого белка было вполовину меньше базового уровня.
«Конечной целью нашей работы является выяснение того, как наше восприятие вкуса жира влияет на выбор пищи и количество потребляемых жиров», — отмечает руководитель работы Нада Абумрад. Ранее в исследовании австралийских ученых из Университета Дикина уже было показано, что люди с высокой чувствительностью к жиру едят менее жирную пищу и реже набирают лишний вес.
МОЛЕКУЛА КЛИМАТА. В земной атмосфере обнаружена молекула, которая способна обратить глобальное потепление в глобальное похолодание, сообщает журнал Science.
Обнаруженная молекула относится к так называемым интермедиатам Криге. Существование этих интермедиатов или бирадикалов — промежуточных продуктов превращения имеющихся в атмосфере соединений под воздействием озона — немецкий химик Рудольф Криге предсказал еще в середине прошлого века. Но выявить их удалось только сейчас благодаря техническим возможностям американских Национальных лабораторий Сандиа и совместным усилиям их сотрудников и ученых британских университетов Манчестера и Бристоля.
Интермедиаты Криге должны быть мощными окислителями таких загрязняющих атмосферу газов, как двуокиси азота и серы, говорят ученые.
При быстром сжигании окислов азота и серы с образованием сульфатов и нитратов возникают аэрозоли, которые, в свою очередь, образуют облака, содействующие охлаждению планеты.
