Les plus petits véhicules aériens sans pilote sont similaires aux insectes à bien des égards, mais ne peuvent pas les surpasser en termes de maniabilité et d'efficacité. Il faudra beaucoup de temps avant que les scientifiques réussissent à créer un soldat universel qui combine les capacités technologiques et les capacités naturelles - un robot insecte. Au cours des dernières années, les chercheurs ont appris à contrôler les gros insectes à l'aide d'implants électriques - une sorte de méthode de force brute avec des avantages réels limités.
Maintenant, les scientifiques de
Howard Hughes Medical Institute, en collaboration avec le
laboratoire Draper, espèrent surmonter les limites en créant une libellule cyborg qui combinera «navigation miniature, biologie synthétique et neurotechnologie». En contrôlant la libellule, les ingénieurs de laboratoire développent un moyen de modifier génétiquement le système nerveux des insectes afin qu'ils puissent répondre aux impulsions lumineuses. Dès leur réussite, une approche connue sous le nom de stimulation optogénétique permettra à la libellule de transporter la cargaison, d'effectuer des observations à l'extérieur et même d'aider les abeilles à mieux polliniser les plantes.
Mais pourquoi exactement une libellule? Ils sont répartis dans le monde entier et sont en outre des flyers très robustes et adroits pour leur petite taille. D'autres travaux pourraient élargir l'utilisation du système de contrôle pour d'autres insectes, y compris les pollinisateurs importants.
Le projet DragonflEye est une collaboration entre des scientifiques du laboratoire Draper et de Howard Hughes Medical Institute. L'équipe développe de minuscules fibres optiques qui peuvent activer des neurones de contrôle de vol spéciaux à l'aide d'impulsions lumineuses. La fibre optique traditionnelle est trop rigide pour pouvoir envelopper les minuscules troncs nerveux des libellules.Les scientifiques ont donc créé un matériau flexible innovant à ces fins. Cela vous permet d'augmenter considérablement la fonctionnalité et de réduire considérablement le poids et la taille de l'ensemble du système de contrôle.
De plus, un groupe de scientifiques a réussi à emballer toute l'électronique dans un petit «sac à dos». Cela signifie que les petits insectes comme les abeilles ou les libellules peuvent voler avec. Il a été possible de développer un si petit «sac à dos» grâce à l'utilisation de panneaux solaires pour collecter l'énergie, minimisant ainsi le besoin de piles. Un système de contrôle et de navigation y sont intégrés, de sorte qu'une navigation entièrement autonome est possible en dehors de l'environnement contrôlé. Il s'agit du système de première génération qui vous permet de contrôler les insectes à l'aide d'une
stimulation optogénétique .
Composants de sac à dos Close-upLes chercheurs ont étudié comment des neurones «directeurs» spéciaux contrôlent la direction de vol d'une libellule. Ces neurones sont un type d'interneurone qui n'est ni sensoriel ni moteur. Les scientifiques pensent que les interneurones donnent des commandes de «direction» vers le bas des connexions neuromusculaires, qui coordonnent les mouvements des muscles des ailes et maintiennent un vol stable. Ils agiront de façon ponctuelle, sans activation involontaire des neurones et des muscles voisins en raison de l'optogénétique. Cette approche permettra aux scientifiques d'activer des neurones individuels avec de la lumière, ce qui ne pourrait pas être fait avec de l'électricité.
Dans les conceptions précédentes, des électrodes étaient utilisées pour contrôler les muscles de l'insecte et le forcer à faire ce dont il avait besoin. Les ingénieurs du laboratoire Draper ont décidé d'appliquer une approche plus délicate en utilisant la technologie optogénétique - l'activation de certains neurones à l'aide d'impulsions lumineuses. Les neurones chargés de contrôler l'insecte peuvent également servir de pont entre les capteurs de libellule et ses muscles. De cette façon, un contrôle plus fiable des mouvements de l'insecte peut être obtenu.
Les libellules ordinaires pèsent environ 600 milligrammes et migrent sur de longues distances. Les avions mécaniques comparables sont beaucoup moins efficaces pour soulever des poids, stabiliser le vol et économiser de l'énergie. Cette inefficacité crée un problème fondamental: une technique ne peut transporter que de très petites sources d'énergie, ce qui signifie qu'elle n'est adaptée que pour des vols de courte durée. Le système DragonflEye ne nécessite pas de source d'alimentation pour le vol - uniquement pour la navigation. Il peut fonctionner presque indéfiniment en raison de la capacité des insectes à recevoir de l'énergie de la nourriture et de la capacité du système de navigation à capter l'énergie de l'environnement.
L'équipe se concentre maintenant sur le développement de méthodes pour la livraison de gènes spécifiques à la libellule pour créer des neurones de contrôle sensibles à la lumière spéciaux. À l'étape suivante du développement, une équipe de chercheurs et d'ingénieurs prévoit de réduire la taille et le poids du système DragonflEye en créant un
système monopuce intégré personnalisé. Ainsi, les petits insectes peuvent porter ce «sac à dos».
Des tentatives antérieures pour contrôler le vol des insectes
ont été faites en ce qui concerne les insectes plus gros - différents coléoptères et criquets, afin qu'ils puissent élever des systèmes électroniques relativement grands sur leur corps qui pèsent jusqu'à 1,3 gramme. Ces systèmes n'ont pas de navigation intégrée et la possibilité d'envoyer des commandes pour contrôler le vol sans fil. Ensuite, les scientifiques ont remplacé les signaux d'entrée pour contrôler le vol, stimulant directement les neurones et les muscles de contrôle des ailes. Le problème avec cette approche est que les insectes s'adaptent et cessent de prêter attention aux informations sensorielles qui ne sont pas cohérentes avec d'autres sentiments. Un tel système altère le contrôle musculaire nécessaire à un vol stable. Il utilise également la stimulation électrique, qui active non seulement les neurones, mais aussi les muscles à proximité des électrodes.
Le suivi des insectes et des petits animaux permettra aux chercheurs de mieux comprendre leur comportement dans la nature, de surveiller les changements environnementaux et d'orienter l'élaboration de politiques pour protéger des écosystèmes importants. En plus du suivi, le système propose une technologie miniature pour équiper un grand nombre d'insectes de capteurs environnementaux.