De härmar insektshjärnans lokalsinne
Hur kommer det sig att bin alltid hittar hem igen – den rakaste vägen, till och med? Vad är det i insektshjärnan som gör navigationen så lätt? Och kan man kopiera den funktionen? Det har en grupp forskare undersökt i ett projekt som förenar kunskaperna från biologi, fysik, nanovetenskap och informatik.
Först ser linjen ut som ett virrvarr. Den svänger än hit, än dit, till synes slumpartat. Sedan händer någonting. Ett nästintill spikrakt streck leder tillbaka till utgångspunkten.
Banan beskriver ett bi på utflykt efter nektar. När det har samlat på sig så mycket det vill ha, flyger det utan att tveka raka vägen hem, bokstavligt talat.
– Inuti biets hjärna finns funktioner som hjälper till med detta. Biet vet, till skillnad från oss människor, i varje ögonblick exakt hur långt hemifrån det är, och i vilken riktning boet ligger, säger David Winge, post doc på NanoLund vid Lunds universitet.
I ett samarbete mellan fysiska institutionen och biologiska institutionen på Lunds universitet, samt School of Informatics i University of Edinburgh, har forskargruppen fokuserat på att beräkna hur man med hjälp av ljussignaler i ett nätverk av nanotrådar kan bygga en liknande funktion.
– Man kan säga att vi har använt biologernas resultat som ritning för att konstruera ett väldigt enkelt och energisnålt sätt att navigera på, genom att efterlikna insektshjärnans funktion för det området, säger David Winge.
– Det finns många tänkbara användningsområden för den här typen av teknik. Små drönare, robotdammsugare eller andra saker som behöver navigera utan att dra onödigt mycket energi.
Komponenterna, som i forskargruppens numeriska beräkningar utgörs av nanotrådar, ska kunna ta emot två olika signaler, jämföra dem och skicka ut en ny signal. Optiska signaler – ljus – är ett billigt, snabbt och energisnålt sätt att kommunicera. Nanotrådar kan i sin tur absorbera en stor mängd ljus i förhållande till sin storlek, och är därför väldigt tacksamma att arbeta med.
– Det här är en pilotstudie som vi i förlängningen hoppas få finansiering för att bygga i laboratoriet, säger David Winge.
– Vi skissar på komponenter som inte ännu har kunnat framställas i laboratoriet – i sin helhet. Tidshorisonten är minst tio år. Den stora utmaningen är att få ihop delarna, som nanokomponenterna består av, till fungerande enheter.
Studien är publicerad i ACS Publications och finns att läsa här: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.0c01003
För mer information, kontakta David Winge, Synkrotronljusfysik - Postdoc, +46 46 222 74 30, david.winge@sljus.lu.se