29 dic. 2009

Un ejército de escarabajos ciborgs



Sin sensacionalismos baratos público publicó este artículo en navidad, una época que no destaca por sus noticias de ciencia:

Como en la más horripilante película de serie B, un ejército de coleópteros vuela controlado a distancia por siniestros militares. Capaces de reconocer el terreno, de portar sensores de guerra química o de comunicar mensajes, los insectos son la avanzadilla en las guerras del futuro. El guión no es obra de una mente perturbada, sino de algunas de las más preclaras de EEUU. La agencia DARPA, dependiente del Departamento de Defensa de aquel país, y varias de las mejores universidades estadounidenses, trabajan con escarabajos, polillas y otros insectos biónicos desde 2006 . Ahora, tras gastar varios millones de dólares, llegan los primeros resultados.
El proyecto se llama HI-MEMS (Híbrido Insecto-Sistemas Microelectromecánicos, por sus siglas en inglés) y pretende colocar piezas mecánicas en seres vivos. Estos animales ciborgs trabajarían a voluntad de su amo. En esta ocasión, DARPA busca cómo insertar artefactos minúsculos en insectos en su fase larvaria o de pupa. Con ello, el cableado queda integrado dentro del cuerpo del animal cuando llega a adulto. A este plan se han sumado cuatro equipos de investigadores de universidades como las de California en Berkeley, Michigan, el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad A&M de Texas o el Instituto Boyce Thompson, un centro avanzado de estudios biológicos afiliado a la Universidad de Cornell.



El sistema se coloca en la fase de pupa para que el adulto lo integre en su organismo

Ver volar a un enorme escarabajo de diez o más centímetros de largo, como el Megasoma elephas o el Mecynorrhina torquata, es impresionante. Pero comprobar cómo, al fondo de la sala, alguien está manejando su vuelo con un ordenador, produce desasosiego. Investigadores del departamento de Ingeniería Electrónica e Informática de la Universidad de Berkeley publicaron hace unas semanas un artículo en la revista especializada Frontiers in Integrative Neuroscience bajo el título Radio control remoto en insectos voladores. Junto al artículo, que describe sus últimos avances, aparece una serie de vídeos con las pruebas del éxito.



Las imágenes muestran cómo diferentes escarabajos mueven sus alas, primero fijados a un cable y después en vuelo, pero a voluntad de un operador humano. En el estudio también han participado entomólogos e ingenieros de las universidades de Arizona State y Michigan.



Los investigadores eligieron a estos grandes coleópteros por ser capaces de llevar una carga extra de entre el 20% y el 30% de su peso. El hecho de usar sus dos alas de forma asíncrona para volar, frente a otros insectos que las baten a la vez, también se tuvo en cuenta. Aunque la ruta neuronal concreta que controla la iniciación y cese del vuelo no se conoce a fondo en ningún insecto, en el trabajo explican que pretendían "iniciar, parar y modular la oscilación de las alas mediante estimulación eléctrica directa del cerebro".



Para controlar los giros y cambios de dirección, la corriente se aplicó a los músculos basalares izquierdo y derecho (situados en el tórax del animal, participan en el control del vuelo). El cableado acaba en un sistema miniaturizado de control por radiofrecuencia adosado al lomo del escarabajo.



Cableado antes de la metamorfosis



Al aplicar un pulso sobre el músculo basalar, el animal gira a derecha o izquierda

Los cables para el microcontrolador no se colocan cuando el animal es adulto. Insertarle quirúrgicamente hasta cuatro electrodos, uno de ellos en el cerebro, podría acabar con el animal o, al menos, con sus capacidades motoras. Lo que han hecho los científicos es colocar el cableado cuando el escarabajo está en su pupa. A medida que se desarrolla dentro de su capullo, los tejidos vivos recubren el cable. El insecto lo hace suyo. Sólo hace falta esperar a que se complete su metamorfosis y aplicarle las descargas, literalmente.



Este equipo californiano, encabezado por el profesor Michel Maharbiz, sometió a diferentes coleópteros a pulsos eléctricos negativos y positivos de 3,2 voltios. Por debajo de este nivel, los bichos no reaccionaban. En el caso de los Mecynorrhina torquata, los diez ciborgs usados iniciaron el vuelo al sentir las descargas. Ya en vuelo, había que mantener el estímulo.

Mediante sucesivas pruebas de ensayo y error, los investigadores lograron un vuelo sostenido por una determinada frecuencia de pulsos eléctricos. Por último, el cambio de sentido, que parecería mas complicado de lograr, resultó sencillo. Al aplicar un pulso sobre el músculo basalar izquierdo, el animal giraba a la derecha (y viceversa) en el 75% de los casos. Más aún, según fuese la duración de la descarga, variaba el ángulo del giro.

Aún hay mucho por hacer, como empequeñecer aún más el mecanismo, conocer mejor las rutas neuronales que controlan las alas, o sistematizar los datos de vuelo para crear un programa informático que controle al insecto. Pero los objetivos de DARPA están más cerca de lograrse. El pliego de condiciones del programa HI-MEMS pide un ciborg capaz de volar durante 100 metros y que se pose en una zona determinada con un margen de error de cinco metros, todo ello de forma guiada.

Un implante de isótopos radiactivos podría dotar de energía a todo el mecanismo

Con el GPS a cuestas

Pero el programa de DARPA no se limita a cablear escarabajos. El objetivo final es controlar un enjambre de insectos para su uso militar. El cómo y el para qué son cuestiones abiertas. Entre sus posibles misiones están las de realizar labores de espionaje y reconocimiento sin ser detectados. Para ello, se necesitará insertar algún sistema que permita situar en el mapa a cada insecto. La emisión de ondas de radio o el uso del GPS son dos de las posibilidades. La inclusión de una cámara para mostrar lo que ve el insecto también se estudia.

Pero, con cada gramo de carga tecnológica de más, menos especies candidatas hay que puedan llevar a cuestas el receptor/emisor de radio, el GPS, la circuitería y la batería para alimentar todo eso. De hecho, el peso es uno de los factores que limita el resultado. Aunque se ha ensayado con otras especies de escarabajos o polillas (como la Manduca sexta), más pequeñas pero prometedoras, su menor capacidad de carga las ha descartado hasta ahora.

Insectos radiactivos

Otro equipo de investigadores puede haber encontrado la forma de aligerar de peso a los insectos: reemplazar la pesada batería con un isótopo radiactivo. Científicos de la Universidad de Cornell presentaron recientemente en una feria de Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) celebrada en Baltimore (EEUU) un prototipo de transmisor alimentado por un isótopo radiactivo, el níquel-63, que puede ofrecer pulsos de 5 milivatios durante años.

A la longevidad se le une el reducido tamaño: aún en fase de prototipo, apenas cubre un centímetro cuadrado. En el equipo que lo ha desarrollado está el profesor Amit Lal. Se da la circunstancia de que Lal inició el programa HI-MEMS en 2006.

Ni Lal ni el profesor Maharbiz quieren dar más detalles sobre sus experimentos. De hecho, y a pesar de la cantidad de datos técnicos que exponen en sus artículos científicos, el resto de investigadores tampoco quieren responder preguntas sobre los siguientes pasos que pretenden seguir, qué otras especies son interesantes, o si les plantea algún problema ético este tipo de manipulación. "Ni DARPA, ni sus investigadores, ni los científicos que colaboran en el programa HI-MEMS responden a preguntas sobre este asunto", explican desde la agencia.

Lo que sí cuentan es que existen cuatro equipos formados por investigadores de distintas universidades. También revelan que ya se han gastado algo más de ocho millones de euros. Tras las dos primeras fases (inserción en la etapa de pupa y control del vuelo libre), en la actualidad se trabaja en el refinado de ese control. Para ello, se van a abrir varias líneas de investigación. Además de la electroestimulación neuronal y muscular del equipo del profesor Maharbiz, otros estudiarán cómo estimular y controlar el vuelo aprovechando la reacción natural del animal a estímulos táctiles (con microondas, por ejemplo) y visuales (recurso a radiaciones de baja frecuencia). Habrá que esperar a 2010 para conocer el resultado.

El estimorreceptor del doctor Delgado aplicado en toros

En mayo de 1964, un profesor de la Universidad de Yale se puso delante de un toro y le citó con el capote en la plaza de toros de Córdoba. El animal, fiel a su instinto, embistió. Pero, a pocos centímetros de cogerlo, se detuvo en seco. El aficionado a torero era el español José Delgado, un pionero de la intervención en la conducta animal mediante estímulos eléctricos. Exiliado a EEUU tras la Guerra Civil, Delgado diseñó un sistema, el estimorreceptor, por el que con una serie de electrodos aseguraba poder manipular la conducta de los animales. Delgado lo ensayó en monos, perros, gatos y hasta en humanos.

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