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A locust's antenna is about to become a sensor. In Barani Raman's lab at Washington University in St. Louis, a thin collagen foam loaded with nanomaterials is applied to the insect's antennae or wings, where it can detect and collect trace chemical signatures. The foam, the team reports, does not interfere with the insect's other functions.
La antena de una langosta está a punto de convertirse en un sensor. En el laboratorio de Barani Raman, en la Universidad de Washington en San Luis, se aplica a las antenas o las alas del insecto una fina espuma de colágeno cargada de nanomateriales, capaz de detectar y recoger firmas químicas en trazas. Según el equipo, la espuma no interfiere con las demás funciones del insecto.
Insects have long been imagined as field agents in places people cannot enter. The obstacle is that their sense of smell is extraordinary but narrow. Each antenna carries 50,000 olfactory receptor neurons, the nerve cells that catch odour molecules, and they pick up faint smells that guide the locust's behaviour. Even so, the insect cannot identify a wide enough range of compounds. Synthetic sensors make the opposite trade: they are very accurate on specific molecules, but they do not match a living animal's agility.
Desde hace tiempo se imagina a los insectos como agentes de campo en lugares a los que las personas no pueden acceder. El obstáculo es que su sentido del olfato es extraordinario, pero limitado. Cada antena alberga 50.000 neuronas receptoras olfativas, las células nerviosas que captan las moléculas de olor, y detectan olores tenues que guían el comportamiento de la langosta. Aun así, el insecto no logra identificar una gama suficientemente amplia de compuestos. Los sensores sintéticos ofrecen el compromiso contrario: son muy precisos con moléculas concretas, pero no igualan la agilidad de un animal vivo.
The answer rests on a technique called SERS, short for surface-enhanced Raman scattering, which boosts the signal of molecules sitting on or near nanostructured metal surfaces. It is especially useful for trace chemicals. Singamaneni's lab designs these nanomaterials, and Raman's lab maps the locust's sensory circuits. The collagen foam is ultralight and highly porous, and it gathers molecules on the insect's body. The biology handles the broad range of smells, while the nanomaterial helps identify particular chemical species, a key difficulty since researchers often do not know which molecules they are targeting.
La solución se basa en una técnica llamada SERS, por sus siglas en inglés de dispersión Raman mejorada en superficie, que amplifica la señal de las moléculas situadas sobre superficies metálicas nanoestructuradas o cerca de ellas. Resulta especialmente útil para las trazas químicas. El laboratorio de Singamaneni diseña estos nanomateriales, y el de Raman cartografía los circuitos sensoriales de la langosta. La espuma de colágeno es ultraligera y muy porosa, y recoge moléculas del cuerpo del insecto. La biología se encarga de la amplia gama de olores, mientras que el nanomaterial ayuda a identificar especies químicas concretas, una dificultad clave, ya que los investigadores a menudo no saben qué moléculas buscan.
In a series of tests reported in Advanced Materials, locusts equipped with the foam outperformed both locusts without it and synthetic chemical sensors. Odour detection improved for every chemical tested, including the chemical signature of TNT. The reporting gives no figure for how much better the detection is, and all of these results come from the laboratory.
En una serie de pruebas publicadas en Advanced Materials, las langostas equipadas con la espuma superaron tanto a las langostas sin ella como a los sensores químicos sintéticos. La detección de olores mejoró para todos los compuestos probados, incluida la firma química del TNT. La información disponible no indica cuánto mejora la detección, y todos estos resultados proceden del laboratorio.
For search-and-rescue teams or troops in a war zone, the appeal is a sensor that goes in first. A hybrid system could, in principle, send locusts ahead to flag chemical vapours before responders enter a site. That remains the team's vision rather than a device: the study is a lab result, and neither the team nor the university gives a timeline for field use.
Para los equipos de búsqueda y rescate o para las tropas en una zona de guerra, el atractivo está en un sensor que entre primero. En principio, un sistema híbrido podría enviar langostas por delante para señalar vapores químicos antes de que los equipos de intervención entren en un lugar. Eso sigue siendo la visión del equipo y no un dispositivo: el estudio es un resultado de laboratorio, y ni el equipo ni la universidad han dado un calendario para su uso en el terreno.