Os menores veículos aéreos não tripulados são semelhantes aos insetos em muitos aspectos, mas não podem superá-los em manobrabilidade e eficiência. Levará muito tempo até que os cientistas consigam criar um soldado universal que combine capacidades tecnológicas e naturais - um robô inseto. Nos últimos anos, os pesquisadores aprenderam a controlar insetos grandes usando implantes elétricos - um tipo de método de força bruta com benefícios reais limitados.
Agora, cientistas do
Instituto Médico Howard Hughes, juntamente com o
Laboratório Draper, esperam superar as limitações criando uma libélula ciborgue que combine "navegação em miniatura, biologia sintética e neurotecnologia". Ao controlar a libélula, os engenheiros de laboratório estão desenvolvendo uma maneira de modificar geneticamente o sistema nervoso dos insetos, para que possam responder aos impulsos da luz. Assim que tiverem sucesso, uma abordagem conhecida como estímulo optogenético permitirá que a libélula transporte carga, conduza observações externas e até ajude as abelhas a polinizar melhor as plantas.
Mas por que exatamente uma libélula? Eles estão espalhados por todo o mundo e, além disso, são panfletos muito resistentes e hábeis por seu tamanho pequeno. Trabalhos futuros podem expandir o uso do sistema de controle para outros insetos, incluindo polinizadores importantes.
O projeto DragonflEye é uma colaboração entre cientistas do Draper Laboratory e do Howard Hughes Medical Institute. A equipe está desenvolvendo pequenas fibras ópticas que podem ativar neurônios especiais de controle de vôo usando pulsos de luz. A fibra óptica tradicional é muito rígida para poder envolver os minúsculos troncos nervosos das libélulas; portanto, os cientistas criaram um material flexível inovador para esses fins. Isso permite aumentar significativamente a funcionalidade e reduzir significativamente o peso e o tamanho de todo o sistema de controle.
Além disso, um grupo de cientistas conseguiu empacotar todos os eletrônicos em uma pequena "mochila". Isso significa que pequenos insetos como abelhas ou libélulas podem voar com ele. Foi possível desenvolver uma “mochila” tão pequena devido ao uso de painéis solares para coletar energia, minimizando a necessidade de baterias. Um sistema de controle e navegação são incorporados a ele, permitindo uma navegação totalmente autônoma fora do ambiente controlado. Este é o sistema de primeira geração que permite controlar insetos usando
estimulação optogenética .
Componentes da mochila em close-upPesquisadores estudaram como os neurônios "direcionadores" especiais controlam a direção do voo de uma libélula. Tais neurônios são um tipo de interneurônio que não é sensorial nem motor. Os cientistas acreditam que os interneurônios dão comandos de "direção" nas conexões neuromusculares, que coordenam os movimentos dos músculos das asas e mantêm um vôo estável. Eles agirão pontualmente, sem ativação não intencional de neurônios e músculos próximos devido à optogenética. Essa abordagem permitirá que os cientistas ativem neurônios individuais com luz, o que não poderia ser feito com eletricidade.
Em projetos anteriores, os eletrodos eram usados para controlar os músculos do inseto e forçá-lo a fazer o que era necessário. Os engenheiros da Draper Laboratory decidiram aplicar uma abordagem mais delicada usando a tecnologia optogenética - a ativação de certos neurônios usando pulsos de luz. Os neurônios responsáveis pelo controle do inseto também podem atuar como uma ponte entre os sensores da libélula e seus músculos. Dessa maneira, é possível obter um controle mais confiável sobre os movimentos do inseto.
Libélulas comuns pesam cerca de 600 miligramas e migram por longas distâncias. Aeronaves mecânicas comparáveis são muito menos eficazes para levantar pesos, estabilizar o vôo e economizar energia. Essa ineficiência cria um problema fundamental: uma técnica pode transportar apenas fontes muito pequenas de energia, o que significa que é adaptada apenas para voos de curto prazo. O sistema DragonflEye não requer uma fonte de energia para o vôo - apenas para a navegação. Pode funcionar quase indefinidamente devido à capacidade dos insetos de receber energia dos alimentos e à capacidade do sistema de navegação de coletar energia do meio ambiente.
A equipe agora está se concentrando no desenvolvimento de métodos para a entrega de genes específicos de libélulas para criar neurônios de controle sensíveis à luz especiais. No próximo estágio de desenvolvimento, uma equipe de pesquisadores e engenheiros planeja reduzir o tamanho e o peso do sistema DragonflEye, criando um sistema integrado
de chip único personalizado. Assim, insetos menores podem carregar essa "mochila".
Tentativas anteriores de controlar o vôo de insetos
foram feitas em relação a insetos maiores - diferentes besouros e gafanhotos, para que eles possam criar sistemas eletrônicos relativamente grandes em seu corpo, que pesam até 1,3 gramas. Esses sistemas não possuem navegação integrada e a capacidade de enviar comandos para controlar o vôo sem fio. Em seguida, os cientistas substituíram os sinais de entrada para controlar o vôo, estimulando diretamente os neurônios e os músculos das asas. O problema dessa abordagem é que os insetos se adaptam e param de prestar atenção às informações sensoriais que não são consistentes com outros sentimentos. Esse sistema prejudica o controle muscular necessário para um vôo estável. Ele também usa estimulação elétrica, que ativa não apenas os neurônios, mas também os músculos próximos aos eletrodos.
O rastreamento de insetos e pequenos animais permitirá que os pesquisadores compreendam melhor seu comportamento na natureza, monitorem as mudanças ambientais e orientem o desenvolvimento de políticas para proteger ecossistemas importantes. Além do rastreamento, o sistema oferece tecnologia em miniatura para equipar um grande número de insetos com sensores ambientais.