Estudo revela como a detecção de odor da mariposa do bicho-da-seda pode melhorar a robótica

A mariposa do bicho-da-seda (Bombyx mori) é um inseto que não voa mais devido à domesticação. Os machos usam suas antenas para detectar feromônios emitidos pelas fêmeas e respondem de forma muito aguda, e têm sido usados ​​como insetos modelo para o estudo da localização de sua fonte de odor.

Os insetos voadores batem as asas quando voam, e as mariposas do bicho-da-seda também batem as asas (chamadas de abanar) quando detectam feromônios, mesmo que não voem. À medida que as moléculas de feromônios se movem pelo espaço no ar, os fluxos de ar produzidos pelo bater das asas têm, sem dúvida, uma forte influência na detecção de odores. No entanto, o efeito deste bater de asas não era conhecido quantitativamente.

Para responder a esta questão, um grupo de cientistas liderado pelo Dr. Toshiyuki Nakata, da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba, investigou como B. mori detecta feromônios. “Entendemos que as mariposas do bicho-da-seda detectam feromônios batendo as asas para induzir fluxos de ar ao seu redor. No entanto, o impacto preciso desse bater de asas na capacidade das mariposas de localizar a fonte do odor não é claro”, explica Nakata, enquanto elabora a justificativa para conduzindo este estudo.

Seu estudo, publicado em 2 de agosto de 2024, em Relatórios Científicosempregou fotogrametria de alta velocidade – uma técnica que usa câmeras de alta velocidade para capturar e reconstruir o movimento e a geometria dos objetos – para analisar computacionalmente as consequências aerodinâmicas dos movimentos das asas de B. mori. Os pesquisadores registraram meticulosamente os movimentos das asas durante o abanamento e construíram um modelo computacional detalhado dos insetos e do fluxo de ar circundante. Usando os dados simulados, eles calcularam posteriormente o movimento de partículas que se assemelham às moléculas de feromônios ao redor da mariposa do bicho-da-seda.

Uma das principais descobertas do estudo foi que B. mori coleta seletivamente o feromônio pela frente. A mariposa examina o espaço girando seu corpo enquanto se abana para localizar as fontes de feromônios. A amostragem direcional das moléculas de feromônio é particularmente útil na busca por uma fonte de odor, uma vez que a mariposa pode determinar a direção da pluma de odor após a detecção do feromônio.

Escusado será dizer que as implicações desta pesquisa vão além do estudo dos insetos. Os insights obtidos com a forma como B. mori manipula o fluxo de ar podem levar a avanços nas tecnologias robóticas de localização de fontes de odores. Uma equipe liderada pelo Dr. Daigo Terutsuki está trabalhando no desenvolvimento de drones equipados com antenas de insetos para detecção de odores, com aplicações potenciais, como localização de indivíduos em emergências.

“As descobertas deste estudo destacam a importância de criar um fluxo de ar direcional ao procurar fontes de odor usando robôs voadores. Isso envolve ajustar cuidadosamente a orientação do drone e a configuração de suas hélices e sensores de odor para otimizar as capacidades de detecção”, observa o Dr.

Além disso, o estudo destaca a necessidade de pesquisas futuras considerarem fatores ambientais, como turbulência do fluxo de ar e estrutura da antena, que também influenciam a detecção de odores.

“Atualmente, os robôs dependem fortemente de sensores visuais e auditivos para navegação. No entanto, conforme demonstrado por cães de resgate em desastres, a utilização do sentido do olfato pode ser altamente eficaz para localizar humanos. Embora a aplicação da detecção do cheiro em robôs ainda esteja em seus estágios iniciais , esta pesquisa pode ajudar no desenvolvimento de robôs que procurem com eficiência fontes de odor em situações de desastre”, diz o Dr. Nakata.

Em resumo, este estudo não só avança o nosso conhecimento sobre as estratégias de detecção de odores dos insectos, mas também fornece valiosos princípios de design para a próxima geração de robôs de detecção aérea de odores.

A equipe incluiu o coautor, Daigo Terutsuki, da Faculdade de Ciência e Tecnologia Têxtil da Universidade Shinshu; Chihiro Fukui, da Escola de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia da Universidade de Chiba; Ryohei Kanzaki, do Centro de Pesquisa para Ciência e Tecnologia Avançada da Universidade de Tóquio; e Hao Liu, da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba.