Nghiên cứu mới cho thấy châu chấu có thể phân biệt mùi của các loại chất nổ một cách nhanh chóng.
Nếu bạn muốn cải tiến loài châu chấu thành loại côn trùng được cơ khí hóa chuyên phát hiện bom thì trước hết cần giải quyết được một số thách thức về mặt kỹ thuật: Liệu có cách nào đó để chỉ hướng châu chấu biết nó cần đi đâu để đánh hơi? Và bởi vì châu chấu (chưa) thể nói được, có cách nào để đọc được bộ não của những con bọ đã được cơ khí hóa để biết chúng đang ngửi thấy gì hay không? Và có phải châu chấu thật sự ngửi được mùi chất nổ?
Nghiên cứu trước đây của Đại học Washington ở St. Louis đã chứng minh cả khả năng điều khiển và khả năng đọc bộ não của chúng. Và bây giờ, nhờ nghiên cứu mới từ Trường Kỹ thuật McKelvey, câu hỏi thứ ba đã được giải quyết - và câu trả lời cho câu hỏi thứ ba cũng là “có”.
Châu chấu có thể phát hiện và phân biệt giữa các chất nổ khác nhau.
Ngày 6 tháng 8 vừa qua, trên tạp chí khoa học Biosensors and Bioelectronics: X, các nhà nghiên cứu đã cho thấy cách họ có thể chiếm đoạt hệ thống khứu giác của châu chấu như thế nào, để phát hiện và phân biệt mùi các chất nổ khác nhau - tất cả chỉ trong vòng vài trăm mili giây sau khi tiếp xúc.
Châu chấu, khác với họ hàng của nó, ở xu hướng di chuyển theo bầy đàn - và thường theo quy mô thực sự khổng lồ - chúng đã có khoảng 250 triệu năm để phát triển các giác quan. Ăng-ten của châu chấu được cho là bao gồm 50.000 tế bào thần kinh với các đặc điểm khác nhau. Một số bầy châu chấu có thể di chuyển hơn 130 km mỗi ngày, theo National Geographic. Chúng được cho là đã thích nghi và tiến hóa từ thời tiền sử. Theo nhóm nghiên cứu, bằng cách tận dụng lợi thế từ hệ thống khứu giác tự nhiên của châu chấu, họ không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn có thể cho những kết quả tốt hơn cách làm hiện nay sử dụng cả người và chó nghiệp vụ.
"Chỉ mất một phần nghìn giây để não châu chấu nhận biết một mùi mới trong môi trường xung quanh nó. Châu chấu xử lý các tín hiệu hóa học vô cùng nhanh chóng. Thậm chí, thiết bị cảm ứng hóa học thu nhỏ tiên tiến nhất cũng chỉ có một vài điểm cảm biến. Còn râu của côn trùng này có tới hàng trăm hàng ngàn điểm cảm biến với rất nhiều loại" - ông Barani Raman, cho hay.
Ngoài ra, họ cũng đã tối ưu hóa một hệ thống cảm biến khí tượng học được phát triển trước đây, để có thể phát hiện các tế bào thần kinh châu chấu phát ra, và truyền đạt thông tin đó để “nói” với các nhà nghiên về mùi mà châu chấu đang ngửi thấy.
Các nhà nghiên cứu đã cho châu chấu tiếp xúc với hơi từ các loại thuốc nổ TNT, DNT, RDX, PETN và amoni nitrat. Giáo sư Barani Raman chia sẻ: “Đáng ngạc nhiên nhất là nhóm nghiên cứu có thể thấy rõ ràng các tế bào thần kinh đã phản ứng khác nhau với TNT và DNT, cũng như hơi của các chất nổ khác nhau được kể trên”.
Như vậy, họ đã biết rằng châu chấu có thể phát hiện và phân biệt giữa các chất nổ khác nhau, nhưng để tìm thấy bom, châu chấu phải biết mùi phát ra từ hướng nào. Chúng ta biết rằng khi ở gần quán cà phê thì ngửi thấy mùi cà phê đậm hơn và khi bạn ở xa hơn thì mùi sẽ nhạt hơn? Và đó cũng là điều mà nhóm nghiên cứu đang xem xét. Các tín hiệu trong não của châu chấu phản ánh sự khác biệt về nồng độ hơi mà chúng ngửi được.
Châu chấu, khác với họ hàng của nó, ở xu hướng di chuyển theo bầy đàn.
Bước tiếp theo là tối ưu hóa hệ thống truyền hoạt động não của châu chấu. Nhóm nghiên cứu, trong đó có Giáo sư Shantanu Chakrabartty từ Khoa Kỹ thuật Điện & Hệ thống Preston M. Green, và Giáo sư Srikanth Singamaneni từ Khoa Cơ khí & Khoa học Vật liệu đã tập trung bề dày chuyên môn của mình để nghiên cứu về loài châu chấu nhỏ bé này.
Để ít gây hại nhất, đồng thời giữ cho các con châu chấu ổn định để ghi lại chính xác hoạt động thần kinh của chúng, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một quy trình phẫu thuật mới để gắn các điện cực mà không cản trở chuyển động của châu chấu.
Với thiết bị đo này, hoạt động tế bào thần kinh của một con châu chấu tiếp xúc với mùi chất nổ đã được phân tích thành một mô hình mùi đặc trưng rõ ràng trong vòng 500 mili giây.
Nhà khoa học Raman khẳng định: “Bây giờ chúng tôi có thể cấy các điện cực, ổn định và vận chuyển châu chấu đến các môi trường lưu động. Một ngày nào đó, môi trường đó có thể là nơi cơ quan an ninh đang tìm kiếm chất nổ”.