Zapachy i twarze


Owady mają w aparacie świeże – filtrowane przez wkład z maski przeciwgazowej – powietrze. W momencie kiedy operator chce, aby zapachy z otoczenia zostały „zbadane” przez pszczoły, naciska przycisk, który na chwilę odłącza filtr. Jeżeli pszczoły wykryją podejrzany zapach, zareagują, wysuwając języczki w oczekiwaniu na pokarm. Bo na tym właśnie polegał ich trening wykorzystujący odruch Pawłowa: dostawały pokarm, kiedy zareagowały na konkretny zapach, a uczono je reagowania m.in. na TNT, Semtex czy plastyczny materiał wybuchowy C-4. Za każdym razem kiedy pszczoła wysunie języczek, przetnie nim promień lasera, co uruchomi fotodetektor. Odpowiedni sygnał pojawi się wtedy na ekranie. Pszczoły mogą albo wszystkie reagować na jeden zapach (w celu uzyskania maksymalnej wiarygodności pomiarów), albo reagować w grupach po kilka owadów na różne zapachy. Zważywszy że proces uczenia pszczoły jednego zapachu zajmuje nie więcej niż dwie godziny, przed tego typu technologiami rysują się wielkie perspektywy. Dlatego też projekt współfinansowało brytyjskie Biuro ds. Obrony i Przeciwdziałania Terroryzmowi. Pszczoły mogą zostać zatrudnione również w celu wspomagania systemu kontroli biometrycznej. Okazało się bowiem, że owady te potrafią rozpoznawać ludzkie twarze! Wykazali to francuscy badacze z Uniwersytetu w Tuluzie pod kierunkiem profesora Martina Giurfy’ego. Giurfy połączył siły z australijskim naukowcem Adrianem Dyerem z Monash University, który kilka lat wcześniej wytrenował laboratoryjne pszczoły tak, aby leciały do zdjęcia przedstawiającego konkretną osobę. Dyer i Giurfy uczyli pszczoły rozpoznawać rysunkowe „buźki”. W tych schematycznych twarzach kropki i kreski symbolizujące oczy, usta i nos były skupione blisko siebie albo rozproszone. Jedna z „buziek” nasmarowana była syropem i to do niej przylatywały pszczoły. Robiły to nawet wówczas, gdy na „buźce” nie było już nic słodkiego. Możliwe więc, że po odpowiednim treningu maszyna taka jak VASOR 136 rozpoznawałaby nie tylko groźne zapachy, ale i niebezpiecznych przestępców.

Naukowa corrida


Naukowcy wykorzystują nie tylko wyjątkowe możliwości percepcyjne zwierząt: wykorzystują też ich aparat ruchowy, tworząc zdalnie sterowane organizmy. Już w latach pięćdziesiątych XX wieku Jose Delgado z Yale University ustalił, gdzie w mózgach zwierzęcia umieścić elektrody, aby przejąć nad nim kontrolę. W 1963 roku Delgado wcielił się w rolę matadora na jednej z aren hiszpańskiej Cordoby. Byk, któremu wcześniej wszczepiono elektrody, zamiast brać naukowca na rogi, w decydującym momencie zatrzymywał się. Wtedy bowiem jego mózg drażnił odpowiedni impuls generowany przez jednego ze współpracowników Delgado. Doświadczenia trwały dalej. Motywy, jakie kierowały naukowcami, były przeważnie takie same: po co przez lata pracować nad skonstruowaniem robotów naśladujących sposób poruszania się istot żywych, skoro można przejąć kontrolę nad gotowymi owadami, rybami, ssakami. Lekka modyfikacja i zoptymalizowanie tego, co przez miliony lat ulepszała ewolucja, powinno dać doskonały efekt.

W 2002 roku w Health Science Center State University of New York przeprowadzono eksperyment na szczurach. Zamontowany w ich mózgach implant pozwalał na drażnienie odpowiedniego ośrodka kontrolującego szczurze wąsy. Dzięki temu szczury kierowały się w prawo lub lewo, w zależności od tego, który wąs był dotykany. Linda Hermer-Vasquez z University of Florida w Gainesville wytrenowała szczury z implantami tak, by rozpoznawały rozmaite zapachy, czy to człowieka, czy materiałów wybuchowych. W późniejszej fazie doświadczeń gryzonie wyposażono w kamerę wideo, dzięki czemu kontrolujący ruchy zwierzęcia operator miał możliwość oglądu sytuacji. Badania wykazały, że po wyłączeniu funkcji zdalnej kontroli szczur trafnie odnajdywał źródło zapachu, którego wykrywania był uczony. W ten sposób powstała biomaszyna, którą można zdalnie skierować w odpowiednie miejsce – choćby w podziemia zawalonego budynku – i tam nakazać jej znaleźć np. potrzebującego pomocy człowieka.

Sterowane gołębie

 

Chińczycy z Shadong Univeristy of Science and Technology w Quingdao kontrolowali zdalnie, za pośrednictwem bezprzewodowej sieci i laptopa, grupę gołębi, w których mózgi wszczepiono mikrochipy i odbiorniki radiowe. W trakcie testów naukowcy wydawali proste komendy ptakom, a te natychmiast je wykonywały. Komendy dotyczyły kierunku lotu, ale implanty stymulowały różne obszary mózgu. „Sygnały elektryczne wysyłane za pośrednictwem komputera naśladują impulsy generowane w naturze przez sam mózg” — tłumaczy nadzorujący badania Su Xuecheng. Z kolei naukowcy z Naval Undersea Warfare Center (NUWC) w Newport skierowali swoją uwagę na morskie głębiny: pracują nad chipem, dzięki któremu będą mogli sterować rekinami. Przedsięwzięcie ma sfinansować DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency – Agencja Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych), agencja powiązana z Pentagonem. Badacze koncentrują swoje wysiłki na wykorzystaniu naturalnych zdolności rekinów, czyli oprócz pływania, zdolności elektrorecepcji (wyczuwania pola elektrycznego) czy wyczuwania śladów składników chemicznych. Naukowców zainteresowały przede wszystkim rekiny młoty tropikalne oraz żarłacze błękitne. Jednak wyposażenie czterometrowego rekina w chip nastręcza na razie poważnych problemów technicznych, bo przecież urządzenie musi funkcjonować przez dłuższy czas w oceanie. Trzeba zapewnić implantowi stałe zasilanie elektryczne. Kłopotliwa jest też kwestia zdalnego sterowania – ponieważ fale elektromagnetyczne nie rozchodzą się w wodzie, utrzymywanie łączności z rekinami będzie wymagać zastosowania sonarów. System ma się opierać na istniejącej sieci urządzeń akustycznych wydających sygnały dźwiękowe, rekiny natomiast będą wyposażone w specjalne anteny. Pozwoli to na „komunikowanie się” z rekinami znajdującymi się 300 kilometrów od sonaru.

Ten projekt budzi jednak szereg zastrzeżeń natury moralnej. Pojawiają się pytania: czy mamy prawo ingerować w życie zwierząt, by wbrew naturze wykorzystywać ich zdolności do celów wojskowych? Jaki to będzie miało wpływ na zwierzęta? Czy ingerując w naturę, nie stworzymy jeszcze doskonalszej „maszyny” do polowania lub zabijania, która może obrócić się przeciwko nam? Być może za kilka lat ktoś nakręci kolejną część „Szczęk”, ale jej bohaterem będzie już rekin żołnierz, nad którym stracono kontrolę? Podobne badania i eksperymenty przewidział ojciec cyberpunku, pisarz William Gibson. W swoim opowiadaniu „Johnny Mnemonic” opisał scyborgizowanego delfina.

Zaawansowane są eksperymenty ze zdalnie sterowanymi owadami. Wspomniana wcześniej agencja DARPA pracuje od jakiegoś czasu nad projektem HI-MEMS, czyli Hybrid Insects Micro-Electro-Mechanical System (hybrydowe systemy owadzio-mikroelektromechaniczne). Już w stadiach larwalnych wszczepia się np. ćmom ultralekkie i cienkie sondy z elastycznego plastiku z domieszką metalu umożliwiającego połączenie elektryczne. Naukowcy z Boyce Thompson Institute for Plant Research przy Cornell University połączyli sondy tego rodzaju z każdym mięśniem, wykorzystywanym przez dorosłego owada podczas lotu. Ich koledzy z University of Michigan skonstruowali system, w którym impulsy elektryczne drażniły neurony odpowiedzialne za poruszanie skrzydłami. Oba te projekty nie weszły jednak w fazę bezprzewodowego sterowania owadami. Ćmy przez cały czas były połączone przewodami ze sprzętem naukowców.

Podłączyć się do oczu

DARPA zainteresowała się więc pracami profesora Michela Maharbiza z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, który wraz z Hirotaką Sato pracuje nad bezprzewodowym sterowaniem owadami. Zespół pod kierunkiem tych naukowców wszczepił poczwarce pochodzącego z Kamerunu chrząszcza z rodziny Mecynorrhina torquata cienką antenę, mikroprocesor oraz mikroskopijnych rozmiarów odbiornik radiowy i baterię do zasilania elementów elektronicznych. Wszystko to połączone zostało z układem mięśniowym i nerwowym poprzez kilka elektrod, dzięki którym możliwe jest sterowanie 10-gramowym chrząszczem długości 4 do 8 centymetrów. Wszystkie sygnały są wysyłane z laptopa, na którym został zainstalowany program do sterowania owadem. Elementy elektroniczne ważą zaledwie 1,33 grama, a maksymalny udźwig owada to 3 gramy, więc teoretycznie stworzenie bez problemu powinno radzić sobie z „bagażem”. Jednak aby takie „biokonstrukty” wyszły poza stadium zabawki w rękach naukowców i stały się do czegoś przydatne, należy wyposażyć je w dodatkowe akcesoria. Sprzęt taki jednak też waży (np. minikamera to dodatkowe 1,7 grama), a przez to obciąża owada i utrudnia mu lot. W połączeniu z podstawową elektroniką, obciążenie wynosi zatem ponad 3 gramy, co uniemożliwia wzbicie się chrząszcza w powietrze.

Dlatego naukowcy próbują w roli kamery wykorzystać oczy owada. Chcą podłączyć się do nerwów wzrokowych chrząszcza i wysyłać obraz w formie impulsów radiowych, które następnie byłyby dekodowane na monitorze komputera. Drugi cel badań to ulepszenie zasilania: pozbycie się zwykłej baterii, wykorzystanie miniaturowych ogniw słonecznych lub naturalnej, uzupełnianej poprzez jedzenie, energii chrząszcza. W celu zwiększenia udźwigu „ulepszane” są też większe i silniejsze gatunki chrząszczy, m.in. dwudziestocentymetrowej długości Megasoma elephas. Docelowo naukowcy zamierzają cały elektroniczny sprzęt ukryć we wnętrzu owada, aby nikt nie mógł odróżnić „biologicznej maszyny ” od zwykłego chrząszcza. Otworzy to drogę do ich wykorzystania jako szpiegów (choć np. w Polsce afrykański gigantyczny owad jako szpieg raczej by się nie sprawdził). Michel Maharbiz w jednym z wywiadów snuje też wizje budowy cyberchrząszcza ratownika, który wlatuje do malutkich szczelin w ruinach budynków, zniszczonych podczas trzęsień ziemi, i tam wyposażony w kamery i czujniki ciepła, poszukuje ocalałych ludzi.

Owady wojny

Zainteresowania Michela Maharbiza nie ograniczają się do chrząszczy. Naukowiec projektuje wszelkiego rodzaju interfejsy pomiędzy maszynami a żywymi organizmami. Jego celem jest tworzenie „biomaszyn”, którymi człowiek będzie mógł do woli manipulować, a one będą gromadzić i przechowywać różne informacje. Maharbiz przewiduje, że w ciągu najbliższych 100 lat takie maszyny będą wszędzie i zaoferują ludzkości szereg korzyści. Z kolei Noel Sharkey, profesor robotyki z brytyjskiego Uniwersytu w Sheffield, uważa, że biomaszyny mogą pojawić się znacznie szybciej. Naukowiec nie ma jednak złudzeń – tę technologię posiądzie w pierwszej kolejności wojsko. „Takie owady roboty mogłyby przenosić każdy rodzaj chemicznej lub biologicznej broni, a także służyć do zabójstw na zlecenie. Jeśli zostanie użytych wystarczająco dużo owadów, trudno będzie wyśledzić je wszystkie. Nie mam pewności, kiedy taka technologia się pojawi, być może w ciągu 10–50 lat”. Brytyjski naukowiec wskazuje na jeszcze jeden problem – traktowanie zwierząt: „Nie podoba mi się łączenie elektroniki i żywych organizmów” – mówi w wywiadzie dla „Focusa”. – „Tylko jedna rzecz usprawiedliwia użycie zwierząt w takich badaniach: rozwój metod zwalczania chorób zagrażających życiu. A konstruowanie nowych broni lub urządzeń monitorujących to przeciwieństwo badań medycznych.

Puszczając wodze wyobraźni, możemy zobaczyć wyposażone w kamery i mikrofony owady zatrudnione przez brukowe gazety, które non stop będą śledzić gwiazdorów filmowych czy polityków. W czasie negocjacji biznesowych strony rokowań zostaną zmuszone jeszcze pilniej strzec zawartości firmowych komputerów. Jeśli nawet odpowiednio zabezpieczy się je przed hakerami, to o wiele trudniej będzie zauważyć muchę, filmującą ze ściany dane przepływające przez monitor laptopa.

Bakterie niewolnice

 

Naukowcy opanowali nawet sztukę zdalnego sterowania niektórymi mikrobami. Uczeni z laboratorium École Polytechnique de Montréal w Kanadzie kierowali mikrobem z rodzaju Magentotactic bacteria MTB. Bakteria ta ma pewną specyficzną, naturalną cechę: orientuje się zgodnie z polem magnetycznym Ziemi. Dzieje się tak dzięki organellom zwanym magnetosomami, które zawierają kryształki ferromagnetycznego tlenku żelaza – magnetytu. Operując polem magnetycznym, naukowcy ułożyli z takich bakterii piramidę. W innej próbie wyznaczali kierunek poruszania się bakterii w zadanym kierunku w żyłach szczura. Magnetyczne bakterie pomagały też w sterowaniu mierzącymi 300 mikrometrów robotami skonstruowanymi w NanoRobotics Laboratory École Polytechnique de Montréal. W razie potrzeby pchały mikromaszyny w odpowiednie miejsce. Być może sterowane bakterie staną się kolejnym narzędziem w arsenale medycyny niedalekiej przyszłości? Mogą zostać wykorzystane w terapiach nowotworowych do dostarczania leków do ściśle określonego celu.

Kilka lat wcześniej eksperymenty nad zdalnym sterowaniem bakteriami prowadził Joseph Jacobson z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Jego zespół znalazł sposób na włączanie i wyłączanie procesów komórkowych bakterii za pomocą fal radiowych. Komórki bakterii e.coli świeciły na żądanie naukowców, a odpowiednie enzymy sterowane były polem elektromagnetycznym. Rolę anteny odegrała nanocząstka złota. Do czego mogą prowadzić takie eksperymenty? Inżynierowie i naukowcy oczywiście uważają, że działają dla dobra ludzkości – ale nie wszyscy są tego zdania. Pisarz Michael Crichton w powieści „Rój” z 2002 roku opisał modyfikacje genetyczne bakterii e.coli, które miały na celu stworzenie roju bakteryjnych nanorobotów. Zasilane energią słoneczną bakterie same się reprodukowały i ewoluowały. Wkrótce zaczęły przejawiać rodzaj zbiorowej inteligencji oraz drapieżne zachowania. Straszna wizja... Pozostaje mieć nadzieję, że Crichton mylił się w swoich prognozach.