Ideea de a dirija zborul unei insecte cu impulsuri electrice nu a pornit dintr-un film science-fiction, ci dintr-un laborator al Universității Cornell. În iunie 2009, revista IEEE Transactions on Biomedical Engineering a publicat lucrarea „Insect-Machine Interface Based Neurocybernetics”, în care cinci cercetători descriau o metodă de a introduce microelectrozi în corpul unei molii înainte ca insecta adultă să existe. Studiul, finanțat de agenția americană de cercetare militară DARPA, este una dintre lucrările fondatoare ale domeniului care produce astăzi gândaci de căutare-salvare și insecte echipate cu rezervoare de oxigen.
Problema: exoscheletul respinge electronica
Până atunci, încercările de a conecta electronica la sistemul nervos al unei insecte se loveau de aceleași obstacole. Încărcăturile lipite pe exterior erau percepute de insectă drept corpuri străine și se puteau desprinde. Ele se deplasau sub efectul inerției în timpul zborului, producând leziuni și rezultate greu de reprodus de la un exemplar la altul.
Chirurgia pe insecta adultă era la fel de dificilă. Organele au dimensiuni comparabile cu ale sondelor, exoscheletul e acoperit cu solzi care se desprind ușor, iar cuticula dură nu poate fi străpunsă fără a distruge țesutul din jur sau chiar sonda.
Soluția: implantul crește odată cu insecta
Echipa condusă de Alper Bozkurt, pe atunci doctorand la Cornell, a mutat operația într-un moment în care insecta nu are încă formă de insectă. La speciile cu metamorfoză completă, larva se transformă în adult trecând prin stadiul de pupă, iar în acest interval țesuturile se descompun și se reconstruiesc aproape în întregime.
Procedura, denumită de autori Early Metamorphosis Insertion Technology (EMIT), introduce sonda în pupă și lasă mușchii de zbor să se formeze în jurul ei. Rezultatul e o fixare mecanică pe care lipiciul nu o poate egala: sondele aveau la vârf orificii de 200 de microni, special lăsate pentru ca fibrele musculare să crească prin ele și să blocheze implantul în poziție.
Sondele erau făcute din poliimidă flexibilă, un material deja folosit în implanturile neuronale de lungă durată, cu contacte de aur de 75 pe 75 de microni. Lățimea unei sonde: 400 de microni, cam jumătate de milimetru.
Operația durează sub un minut
Pupele erau anesteziate prin răcire, 10-15 minute la 4 grade Celsius. Urmau patru incizii în cuticula toracelui, prin care sondele erau împinse în țesutul muscular. Insectele erau apoi sprijinite lateral cel puțin 36 de ore, ca mișcările pupei să nu deplaseze implantul.
Autorii nu au folosit niciun adeziv, pentru că lipiciul împiedica ieșirea adultului din pupă. Rana s-a închis singură. Momentul optim pentru inserție a fost cu șapte zile înainte de eclozare: mai devreme, țesutul muscular era prea fluid și nu etanșa, mai târziu, fibrele deja formate nu mai ancorau sonda.
Cifrele raportate în articol: 90% dintre molii au ieșit din pupă cu aripile complet întinse, iar imagistica cu raze X a arătat o rată de 98% de nimerire a mușchilor vizați, la peste 100 de inserții. La disecțiile de control, autorii nu au observat inflamație în jurul implantului.
