El insecto que puede reemplazar a los perros en la detección de explosivos / Cyborg grasshoppers have been engineered to sniff out explosives

Para detectar explosivos, las autoridades utilizan perros entrenados específicamente para este fin.

El olfato canino es uno de los mejores en ese sentido. Pero capacitar a un perro para llevar a cabo esta tarea que salva miles de vidas es una actividad costosa que requiere mucho tiempo y dedicación.

Sin embargo, un estudio de la Universidad de Washington en Misuri, Estados Unidos, descubrió otro animal que puede ser un detector ideal de sustancias explosivas.

Se trata del saltamonte —también conocido como chapulín— o Schistocerca americana, según su nombre científico.

Menos entrenamiento que los perros
Mientras que el sentido del olfato en los humanos se aloja en la nariz, en los insectos, las neuronas receptoras olfativas se encuentran en sus antenas.

Gracias a ellas, pueden detectar los olores en el aire, ya sea el de alimentos, depredadores o el de sustancias químicas.

Las neuronas olfativas, a su vez, envían señales eléctricas a una parte del cerebro del insecto que se conoce como lóbulo antenal.

Cada antena de un saltamontes tiene cerca de 50.000 de estas neuronas.

Para aprovechar este sistema y evaluar la capacidad de los saltamontes de diferenciar aromas, Baranidharan Rama y su quipo de investigadores implantaron electrodos en los lóbulos antenales de los insectos.

Luego lanzaron distintos vapores cerca de sus antenas. Unos contenían dinamita y otros explosivos —trinitrotolueno (TNT) y 2,4-dinitrotolueno (DNT)— y otros benzaldehído o aire caliente.

Así, descubrieron que las diferentes esencias activaban diferentes neuronas en los lóbulos antenales.

Al analizar las señales eléctricas detectadas por los electrodos, los investigadores pudieron determinar cuándo los chapulines detectaban explosivos y cuando no.

Saltamontes con mochila
Para leer las señales, los investigadores equiparon a los insectos con unos pequeños sensores —una suerte de mochila que cargaban en la parte trasera de su cuerpo— que grababan las señales y las transmitían directamente a una computadora.

Debido al peso de este dispositivo, los saltamontes perdieron la movilidad. Pero para salvar este obstáculo, los científicos los pu­sieron sobre una pequeña plata­forma con ruedas a control re­- mo­to que les permitía moverlos en distintas direcciones.

Cuando probaron con un solo insecto, la precisión en la detección fue de un 60%. Cuando probaron siete saltamontes juntos, la precisión alcanzó el 80%.

“Nuestro estudio proporciona la primera demostración de cómo los sistemas olfativos biológicos pueden ser secuestrados para desarrollar un enfoque de detección química robótico”, señalaron los autores del estudio.
La capacidad de los saltamontes para detectar explosivos se extendió por siete horas.

Después de este período de tiempo, quedaron sin energía y finalmente murieron.

El próximo paso será evaluar cómo se comportan y cuán efectivos son detectando explosivos si el ambiente cuenta con múltiples olores, como sería el caso en una situación real.

Cyborg grasshoppers have been engineered to sniff out explosives

Move over, sniffer dogs: now there are explosive-sensing grasshoppers. Barani Raman and his colleagues at Washington University in Missouri have tapped into the olfactory senses of the American grasshopper, Schistocerca americana, to create biological bomb sniffers.

In insects, olfactory receptor neurons in their antennae detect chemical odours in the air. In turn, these neurons send electrical signals to a part of the insect brain known as the antennal lobe. Each grasshopper antenna has approximately 50,000 of these neurons.

To test bomb-sniffing ability, the team puffed vapours of different explosive materials onto grasshopper antennae, including vapours of trinitrotoluene (TNT) and its precursor 2,4-dinitrotoluene (DNT). As controls, they used non-explosives such as hot air and benzaldehyde, the primary component in the oil of bitter almonds.

By implanting electrodes into the antennal lobes of grasshoppers, the researchers found that different groups of neurons were activated upon exposure to the explosives. They analysed the electrical signals and were able to tell the explosive vapours apart from non-explosives, as well as from each other.

The team fitted grasshoppers with tiny, lightweight sensor backpacks that were able to record and wirelessly transmit the electrical activity of their antennal lobes almost instantaneously to a computer.

The grasshoppers continued to successfully detect explosives up to seven hours after the researchers implanted the electrodes, before they became fatigued and ultimately died.

The process immobilised the grasshoppers, so the researchers put them on a wheeled, remote-controlled platform to test their ability to sense explosives at different locations. The grasshoppers were able to detect where the highest concentration of explosives was when the team moved the platform to different locations.

The team also tested the effect of combining sensory information from multiple grasshoppers, given that in the real world chemicals might be dispersed by environmental factors, including wind.

Taking neural activity from seven grasshoppers yielded an average accuracy of detection of 80 per cent, compared with 60 per cent for a single grasshopper.

The project was funded by the US Office of Naval Research and the researchers believe the grasshoppers could be used for homeland security purposes.

A limitation of the study was that it didn’t test the grasshoppers’ explosives-detecting ability when multiple odours were present at the same time.