Управление плодовыми мушками как микро-роботами с помощью вертушек и света

Биоинженеры из Гарвардского университета нашли два новых способа управления крошечным существом, фактически превращая его в микро-робота. В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа использовала естественную реакцию плодовой мушки на движущиеся стимулы и запахи, чтобы эффективно направлять её движения.

Учёные изучают возможность управления насекомыми для более точного контроля таких процессов, как опыление сельскохозяйственных культур, проведение поисково-спасательных операций или даже разведки. Предыдущие исследования показали, что можно дистанционно управлять некоторыми насекомыми, прикрепляя к ним устройства, которые подают электрические импульсы, или датчики, считывающие нервные сигналы.

Однако оба подхода обеспечивают лишь ограниченную степень контроля, что побуждает искать лучшие методы. В новой работе исследователи нашли способ управлять поведением идущих плодовых мушек, не прикрепляя к их телам никаких устройств, сохраняя все их естественные способности.

Команда использовала естественную склонность мушек поворачивать налево или направо в ответ на определённые движущиеся стимулы — в данном случае, медленно вращающуюся вертушку. Направление поворота мухи зависит от направления вращения колеса.

Чтобы заставить мушку повернуть налево во время движения по полу камеры, ей показывали вертушку, вращающуюся против часовой стрелки. Для поворота направо использовали вертушку, вращающуюся по часовой стрелке. Используя проекционную систему, чтобы вертушка оставалась в поле зрения мушки, команда смогла направлять её по заданному маршруту. Тот же метод сработал и для управления группой мушек, создавая управляемый рой.

Аналогичный подход был использован для проверки другой идеи: мушки также естественным образом поворачивают налево или направо, когда улавливают запах левой или правой антенной. Вместо предъявления трудно контролируемых запахов команда добавила световые сенсоры к антеннам мушек, что позволило управлять ими с помощью лучей света. Ещё более эффективным оказался метод, при котором световые сенсоры крепились к частям мозга, куда поступают обонятельные сигналы.

Исследователи установили, что подходы с вертушкой и сенсорами на мозге обеспечивают точность управления мушками около 94%. Этого достаточно, чтобы заставить мушек проходить лабиринты или двигаться по траекториям, очерчивающим слова.