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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.
L'antenne d'un criquet est sur le point de devenir un capteur. Dans le laboratoire de Barani Raman, à l'université Washington de Saint-Louis, une fine mousse de collagène chargée de nanomatériaux est appliquée sur les antennes ou les ailes de l'insecte, où elle peut détecter et capter les traces de signatures chimiques. Selon l'équipe, la mousse n'interfère pas avec les autres fonctions de l'insecte.
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.
Les insectes sont depuis longtemps envisagés comme des agents de terrain dans des lieux où l'homme ne peut pas pénétrer. L'obstacle tient à leur odorat, extraordinaire mais étroit. Chaque antenne porte 50 000 neurones récepteurs olfactifs, les cellules nerveuses qui captent les molécules odorantes, et ces neurones perçoivent des odeurs ténues qui guident le comportement du criquet. Malgré cela, l'insecte ne peut pas identifier un éventail de composés assez large. Les capteurs synthétiques font le compromis inverse : ils sont très précis sur des molécules données, mais n'égalent pas l'agilité d'un animal vivant.
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 solution repose sur une technique appelée SERS, abréviation de surface-enhanced Raman scattering (diffusion Raman exaltée de surface), qui amplifie le signal des molécules posées sur ou près de surfaces métalliques nanostructurées. Elle est particulièrement utile pour les traces chimiques. Le laboratoire de Singamaneni conçoit ces nanomatériaux, tandis que celui de Raman cartographie les circuits sensoriels du criquet. La mousse de collagène est ultralégère et très poreuse ; elle capte les molécules à la surface du corps de l'insecte. La biologie assure la détection d'un large éventail d'odeurs, pendant que le nanomatériau aide à identifier des espèces chimiques précises, une difficulté majeure, car les chercheurs ignorent souvent quelles molécules ils visent.
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.
Dans une série de tests publiés dans Advanced Materials, les criquets équipés de la mousse ont fait mieux que ceux qui n'en portaient pas et que les capteurs chimiques synthétiques. La détection des odeurs s'est améliorée pour chaque composé testé, y compris la signature chimique du TNT. Le compte rendu ne donne aucun chiffre sur l'ampleur du gain, et tous ces résultats proviennent du laboratoire.
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.
Pour les équipes de recherche et de sauvetage ou les troupes en zone de guerre, l'intérêt est un capteur qui entre en premier. Un système hybride pourrait, en principe, envoyer des criquets en éclaireurs pour signaler les vapeurs chimiques avant que les intervenants n'entrent sur un site. Il s'agit pour l'instant de la vision de l'équipe plutôt que d'un dispositif : l'étude est un résultat de laboratoire, et ni l'équipe ni l'université ne donnent de calendrier pour un usage sur le terrain.