Фото: cоцсети
Датчики мидий открывают путь для новых инструментов мониторинга окружающей среды.
Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали и продемонстрировали новую систему, которая позволяет им удаленно отслеживать поведение пресноводных мидий. Система может быть использована для предупреждения исследователей о наличии токсичных веществ в водных экосистемах.
«Когда мидии кормятся, они открывают свои раковины; но, если в воде есть что-то ядовитое, они сразу же закрывают свои раковины», - говорит Джей Левин, профессор эпидемиологии в Университете штата Северная Каролина. «Люди пытались найти способы измерить, насколько широко мидии или устрицы открывают свои раковины с 1950-х годов, но с этим возникало множество проблем. Нам нужно было что-то, что позволяло бы моллюскам двигаться, могло бы быть помещено в ручьи. и собирало бы данные - и теперь оно у нас есть ".
«По сути, мы разработали специальный трекер (Fitbit) для отслеживания активности мидий», - говорит Альпер Бозкурт, профессор Электротехники и Компьютерной Инженерии в Университете штата Северная Каролина.
Фундаментальная идея исследования проистекает из того факта, что пищевое поведение мидий обычно асинхронно, а не координировано. Итак, если куча мидий сразу закрывает раковины, это, вероятно, предупреждение о том, что в воде есть что-то вредное.
Одна из вещей, которые исследователи уже делают с помощью новой сенсорной системы, — это мониторинг поведения мидий. Он нужен для того, чтобы определить, есть ли обстоятельства, при которых все мидии могут закрывать свои раковины одновременно.
«Мы можем обнаружить присутствие токсинов, не дожидаясь смерти мидий», - говорит Левин. «В то же время это помогает нам понять их поведение и контролировать здоровье самих мидий, что может дать нам представление о том, как различные факторы окружающей среды влияют на их здоровье. Это важно, учитывая, что многие виды пресноводных мидий находятся под угрозой исчезновения».
«Чтобы свести к минимуму затраты (все компоненты, которые мы использовали для создания этой прототипной сенсорной системы, коммерчески доступны), мы просто используем технологии так, как никто их раньше не использовал», - говорит Бозкурт.
В частности, система использует два инерциальных измерительных блока (IMU) на каждой мидии. Каждый из блоков включает в себя магнитометр и акселерометр, аналогичные тем, которые используются в смартфонах для определения того, как вы перемещаете телефон. Один блок прикреплен к верхней оболочке мидии, другой - к ее нижней оболочке. Это позволяет исследователям сравнивать движение половинок раковины относительно друг друга.
Провода от инерциальных измерительных блоков предназначены для подключения к системе сбора данных, которая будет устанавливается на опоре в водном пути. При размещении в естественных условиях система сбора данных питается от солнечного элемента и передает данные с датчиков по беспроводной сети через сотовую сеть. Текущий прототип соединен с четырьмя мидиями, подключенными к системе, но он может обрабатывать десятки мидий.
Исследователи провели более 250 часов испытаний с живыми мидиями в лабораторном аквариуме и обнаружили, что датчики исключительно точны - они измеряют угол раскрытия раковины мидий с точностью менее одного градуса.
«Вы можете определенно сказать, когда раковины закрыты, когда они открыты и на сколько», - говорит Бозкурт.
«Наша цель – создать «Интернет мидий» и контролировать их индивидуальное и коллективное поведение», - говорит Бозкурт. «Это в итоге позволит нам использовать их в качестве датчиков окружающей среды или своеобразных часовых».
В настоящее время исследователи продолжают тестирование, чтобы лучше понять надежность системы. Например, как долго она может работать на практике в реальных условиях? В ближайшее время команда планирует начать испытания.
«Мы не только исследуем её эффективность в качестве средства контроля окружающей среды, но и надеемся, что эта технология поможет нам узнать что-то новое о самих мидиях», - говорит Левин. «Меняется ли поведение мидий в ответ на изменение температуры? Хотя мы много знаем об этих моллюсках, мы также многого не знаем. Датчики дают нам возможность определить базовый уровень ценности для отдельных особей, и следить за движением их панциря в ответ на изменения окружающей среды».
Помогут ли дальнейшие исследования в этом направлении делу экологии?