Los vehículos aéreos no tripulados más pequeños son similares a los insectos en muchos aspectos, pero no pueden superarlos en maniobrabilidad y eficiencia. Pasará mucho tiempo antes de que los científicos logren crear un soldado universal que combine capacidades tecnológicas y habilidades naturales: un robot insecto. En los últimos años, los investigadores han aprendido a controlar insectos grandes utilizando implantes eléctricos, una especie de método de fuerza bruta con beneficios reales limitados.
Ahora, los científicos del
Instituto Médico Howard Hughes, junto con el
Laboratorio Draper, esperan superar las limitaciones creando una libélula cyborg que combine "navegación en miniatura, biología sintética y neurotecnología". Al controlar la libélula, los ingenieros de laboratorio están desarrollando una forma de modificar genéticamente el sistema nervioso de los insectos para que puedan responder a los impulsos de luz. Tan pronto como tengan éxito, el enfoque conocido como estimulación optogenética permitirá a la libélula transportar mercancías, realizar observaciones externas e incluso ayudar a las abejas a polinizar mejor las plantas.
Pero, ¿por qué exactamente una libélula? Se extienden por todo el mundo y, además, son volantes muy resistentes y diestros por su pequeño tamaño. El trabajo adicional puede ampliar el uso del sistema de control para otros insectos, incluidos los polinizadores importantes.
El proyecto DragonflEye es una colaboración entre científicos del Laboratorio Draper y el Instituto Médico Howard Hughes. El equipo está desarrollando pequeñas fibras ópticas que pueden activar neuronas especiales de control de vuelo utilizando pulsos de luz. La fibra óptica tradicional es demasiado rígida para poder envolver los pequeños troncos nerviosos de las libélulas, por lo que los científicos crearon un material flexible e innovador para estos fines. Esto le permite aumentar significativamente la funcionalidad y reducir significativamente el peso y el tamaño de todo el sistema de control.
Además, un grupo de científicos logró empacar toda la electrónica en una pequeña "mochila". Esto significa que pequeños insectos como las abejas o las libélulas pueden volar con él. Fue posible desarrollar una “mochila” tan pequeña debido al uso de paneles solares para recolectar energía, minimizando la necesidad de baterías. Tiene incorporado un sistema de control y navegación, por lo que es posible una navegación totalmente autónoma fuera del entorno controlado. Este es el sistema de primera generación que le permite controlar los insectos mediante la
estimulación optogenética .
Componentes de la mochila de primer planoLos investigadores han estudiado cómo las neuronas especiales de "control" controlan la dirección de vuelo de una libélula. Tales neuronas son un tipo de interneurona que no es sensorial ni motora. Los científicos creen que las interneuronas dan órdenes de "dirección" a las conexiones neuromusculares, que coordinan el movimiento de los músculos de las alas y mantienen un vuelo estable. Actuarán puntiagudamente, sin activación involuntaria de las neuronas y músculos cercanos debido a la optogenética. Este enfoque permitirá a los científicos activar neuronas individuales con luz, lo que no podría hacerse con electricidad.
En diseños anteriores, se usaban electrodos para controlar los músculos del insecto y obligarlo a hacer lo que necesitaba. Los ingenieros de Draper Laboratory decidieron aplicar un enfoque más delicado utilizando la tecnología optogenética: la activación de ciertas neuronas mediante pulsos de luz. Las neuronas responsables del control del insecto también pueden actuar como un puente entre los sensores de la libélula y sus músculos. De esta manera, se puede lograr un control más confiable sobre los movimientos del insecto.
Las libélulas comunes pesan alrededor de 600 miligramos y migran a largas distancias. Los aviones mecánicos comparables son mucho menos efectivos para levantar pesas, estabilizar el vuelo y ahorrar energía. Esta ineficiencia crea un problema fundamental: una técnica solo puede transportar fuentes de energía muy pequeñas, lo que significa que está adaptada solo para vuelos a corto plazo. El sistema DragonflEye no requiere una fuente de energía para el vuelo, solo para la navegación. Puede funcionar casi indefinidamente debido a la capacidad de los insectos para recibir energía de los alimentos y la capacidad del sistema de navegación para recolectar energía del medio ambiente.
El equipo ahora se está centrando en desarrollar métodos para la entrega de genes específicos de libélulas para crear neuronas de control especiales sensibles a la luz. En la siguiente etapa de desarrollo, un equipo de investigadores e ingenieros planea reducir el tamaño y el peso del sistema DragonflEye creando un sistema integrado
de chip único personalizado . Por lo tanto, los insectos más pequeños pueden llevar esta "mochila".
Se han realizado intentos anteriores para controlar el vuelo de los insectos en relación con los insectos más grandes: diferentes escarabajos y langostas, para que puedan criar sistemas electrónicos relativamente grandes en su cuerpo que pesen hasta 1.3 gramos. Estos sistemas no tienen navegación incorporada y la capacidad de enviar comandos para controlar el vuelo de forma inalámbrica. Luego, los científicos reemplazaron las señales de entrada para controlar el vuelo, estimulando directamente las neuronas y los músculos de control de las alas. El problema con este enfoque es que los insectos se adaptan y dejan de prestar atención a la información sensorial que no es consistente con otros sentimientos. Tal sistema deteriora el control muscular necesario para un vuelo estable. También utiliza la estimulación eléctrica, que activa no solo las neuronas, sino también los músculos cercanos a los electrodos.
El seguimiento de insectos y animales pequeños permitirá a los investigadores comprender mejor su comportamiento en la naturaleza, monitorear los cambios ambientales y guiar el desarrollo de políticas para proteger ecosistemas importantes. Además del seguimiento, el sistema ofrece tecnología en miniatura para equipar una gran cantidad de insectos con sensores ambientales.