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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.
A antena de um gafanhoto está prestes a tornar-se um sensor. No laboratório de Barani Raman, na Universidade de Washington em St. Louis, uma fina espuma de colagénio carregada com nanomateriais é aplicada nas antenas ou nas asas do inseto, onde consegue detetar e recolher vestígios de assinaturas químicas. A espuma, segundo a equipa, não interfere com as restantes funções do inseto.
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.
Há muito que os insetos são imaginados como agentes de campo em locais onde as pessoas não conseguem entrar. O obstáculo é que o seu sentido do olfato é extraordinário, mas limitado. Cada antena tem 50 000 neurónios recetores olfativos, as células nervosas que captam moléculas de odor, e detetam cheiros ténues que orientam o comportamento do gafanhoto. Mesmo assim, o inseto não consegue identificar uma gama suficientemente ampla de compostos. Os sensores sintéticos fazem a troca oposta: são muito precisos em moléculas específicas, mas não igualam a agilidade de um 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.
A resposta assenta numa técnica chamada SERS, sigla de espectroscopia de Raman amplificada por superfície, que potencia o sinal de moléculas situadas em cima ou perto de superfícies metálicas nanoestruturadas. É especialmente útil para substâncias químicas em quantidades mínimas. O laboratório de Singamaneni concebe estes nanomateriais, e o de Raman mapeia os circuitos sensoriais do gafanhoto. A espuma de colagénio é ultraleve e muito porosa, e recolhe moléculas no corpo do inseto. A biologia trata da vasta gama de cheiros, enquanto o nanomaterial ajuda a identificar espécies químicas particulares, uma dificuldade central, já que os investigadores muitas vezes não sabem quais as moléculas que estão a procurar.
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.
Numa série de testes descritos na revista Advanced Materials, os gafanhotos equipados com a espuma superaram tanto os gafanhotos sem ela como os sensores químicos sintéticos. A deteção de odores melhorou para todas as substâncias testadas, incluindo a assinatura química do TNT. A reportagem não indica quanto melhor é a deteção, e todos estes resultados provêm do laboratório.
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 equipas de busca e salvamento ou tropas numa zona de guerra, o atrativo é um sensor que entra primeiro. Um sistema híbrido poderia, em princípio, enviar gafanhotos à frente para assinalar vapores químicos antes de as equipas de socorro entrarem num local. Isto continua a ser a visão da equipa e não um dispositivo: o estudo é um resultado de laboratório, e nem a equipa nem a universidade indicam um calendário para utilização no terreno.