Les capteurs qui mélangent machines et animaux ne sont pas un concept éloigné de la réalité qui ne peut apparaître que dans les romans de science-fiction. Il fait référence à une intégration profonde des systèmes biologiques et des appareils électroniques au niveau de la perception. Cette intégration est utile. Il souhaite combiner les excellentes capacités de détection naturelles des organismes vivants et les avantages de précision, de durabilité et de traitement des données que possèdent les machines pour créer un nouveau modèle de perception capable de transcender les limites fixées par la technologie traditionnelle. Il ne s'agit pas seulement d'une direction d'exploration d'une technologie de pointe, mais aussi d'une existence qui incite les gens à réfléchir profondément sur l'éthique de la technologie et la nature de la vie.
Qu'est-ce qu'un capteur hybride animal-machine
Le cœur du capteur hybride d'animaux et de machines consiste à utiliser les tissus, les cellules ou le mécanisme de détection de l'organisme entier dans le cadre du dispositif de détection, puis à l'intégrer à des électrodes artificielles, des circuits et des processeurs de signaux. Il ne s’agit pas simplement d’installer des dispositifs externes sur le corps de l’animal, mais de tenter de créer une interface directe et stable entre les signaux bioélectriques et les signaux de la machine. Par exemple, il connecte les neurones sensoriels des antennes des insectes à des réseaux de microélectrodes pour détecter les gaz grâce à sa très haute sensibilité à des molécules chimiques spécifiques, ou cultive des cellules réceptrices olfactives spécifiques à la surface de la puce pour créer un « nez artificiel ».
La clé de ce capteur réside dans la construction de l’interface biologique et électronique et dans l’interprétation du signal. Les signaux biologiques, tels que les potentiels d’action nerveuse ou les modifications du potentiel de la membrane cellulaire, sont essentiellement des signaux analogiques faibles et instables. Comment collecter ces signaux de manière durable et stable à l'aide d'interfaces peu invasives, et les convertir en signaux numériques pouvant être reconnus et traités par des machines, constitue un défi technique majeur. La plupart des progrès actuels se concentrent au niveau du laboratoire, prouvant la faisabilité du principe, mais il reste encore beaucoup à faire par rapport aux applications stables à grande échelle.
Comment fonctionnent les capteurs hybrides Animal Machine
Ce mécanisme de travail fonctionne généralement selon la voie « perception biologique – conversion du signal – traitement machine ». Prenons comme exemple les capteurs hybrides basés sur les insectes. Premièrement, des stimuli spécifiques, tels que des molécules odorantes, des ondes sonores et des champs magnétiques, seront captés par les récepteurs hautement spécialisés des insectes. Ces récepteurs convertissent les stimuli physiques et chimiques en signaux bioélectriques et les conduisent à travers les fibres nerveuses. Des microélectrodes implantées dans des faisceaux nerveux ou des ganglions voisins peuvent alors capter ces signaux électriques.
Les signaux neuronaux bruts collectés contiennent généralement beaucoup de bruit et d’activité de fond. Ensuite, l'amplificateur externe et le filtre effectueront des opérations de traitement préliminaires sur le signal pour améliorer la partie utile. Enfin, le signal prétraité est transmis au processeur ou à l'ordinateur intégré et est décodé à l'aide d'un modèle d'algorithme pré-entraîné pour associer des modèles de décharge neuronale spécifiques à des informations spécifiques sur les stimuli externes (tels que les types olfactifs et les directions de la source sonore), réalisant ainsi la tâche de perception.
Applications potentielles des capteurs hybrides dans les machines animales
Dans le domaine de la surveillance environnementale, ce type de capteur présente un grand potentiel. En raison de la sensibilité extrêmement élevée de certaines espèces de poissons aux polluants de l’eau, des bouées de surveillance biologiques hybrides peuvent être développées pour fournir une alerte en temps réel des changements dans la qualité de l’eau. Il détecte les changements complets d’écotoxines plus tôt que l’analyse chimique. Au niveau militaire et sécuritaire, les rongeurs ou les insectes dressés sont beaucoup plus sensibles à la détection d’explosifs, de drogues ou d’agents de guerre chimique spécifiques que les appareils électroniques existants, et peuvent être utilisés pour des contrôles secrets dans les aéroports, aux frontières et ailleurs.
Du côté du diagnostic médical, en combinant des cellules humaines, telles que des neurones olfactifs, des cellules gustatives et des puces, on espère créer un équipement de diagnostic capable de « sentir » ou de « goûter » des marqueurs de maladies. Par exemple, l’air expiré de certains patients atteints de cancer contient des substances volatiles caractéristiques. Avec l’aide de capteurs hybrides basés sur des cellules biologiques, le dépistage précoce pourrait être plus rapide et moins coûteux que la spectrométrie de masse. En outre, il fournit également de nouvelles idées pour les interfaces avancées cerveau-ordinateur et la technologie de remplacement sensoriel.
Défis techniques des capteurs hybrides dans les machines animales
Le principal défi réside dans la biocompatibilité et la stabilité à long terme. Le matériau de l’électrode implantée a la possibilité de déclencher un rejet immunitaire ou d’être enveloppé par du tissu cicatriciel, ce qui entraîne une dégradation rapide de la qualité du signal au fil du temps. Le tissu biologique lui-même va croître, se métaboliser et vieillir. Comment maintenir son état de survie en dehors du corps ou l’interface dans le corps pour être efficace pendant une longue période est un problème auquel sont confrontés l’ingénierie et la biologie. La plupart des expériences actuelles ne peuvent maintenir un enregistrement de signal stable que pendant des heures, voire des semaines.
Considérant la complexité de l’interprétation des signaux comme une autre grande montagne, la méthode de codage du système nerveux biologique pour les stimuli externes est particulièrement complexe. Il s'appuie souvent sur les modèles d'activité des neurones du groupe pour représenter les informations et extrait avec précision les modèles de caractéristiques liés au stimulus cible des activités de fond bruyantes, ce qui nécessite des algorithmes puissants et des données d'entraînement massives. De plus, l’état de l’organisme, comme la faim et le stress, affectera également de manière significative son activité neuronale, ce qui ajoute des variables supplémentaires au décodage des signaux.
Controverse éthique sur les capteurs hybrides dans les machines animales
Cette technologie a rencontré la frontière entre la dignité de la vie et l’outillage. Traiter les animaux vivants, en particulier les animaux de niveau supérieur, comme un composant d’une machine à détecter, peut-il être considéré comme une réduction et une exploitation de leur valeur intrinsèque ? Bien que les chercheurs fassent de leur mieux pour réduire la souffrance des animaux, la chirurgie d'implantation, les restrictions d'activité et le placement des animaux dans des environnements de test spécifiques et potentiellement dangereux peuvent provoquer de la douleur et de l'anxiété chez les animaux, soulevant ainsi de graves préoccupations en matière de bien-être animal.
Il existe une controverse plus profonde, qui pourrait brouiller la différence essentielle entre les êtres vivants et les machines. Si l’activité neuronale des animaux peut être décodée en temps réel et utilisée pour accomplir des tâches entièrement définies par les humains, cela signifie-t-il que nous les avons en quelque sorte « matérialisés » en une sorte de robot biologique ? Si cette technologie se développe davantage, elle pourrait ouvrir la porte à une manipulation plus large et plus profonde de la vie, et ses implications sociales et éthiques à long terme doivent être sérieusement examinées et ouvertement discutées.
L’orientation future des capteurs hybrides pour les machines animales
À l’avenir, il est possible que la technologie évolue dans deux directions. L'un est « la miniaturisation et l'innocuité ». Il s'engage à utiliser des modèles biologiques inférieurs dotés de systèmes nerveux plus simples, tels que les mouches des fruits et les nématodes, ou à utiliser directement des colonies de cellules cultivées. Le but est de réduire les conflits éthiques et d’améliorer la contrôlabilité du système. Il est également nécessaire d’utiliser une technologie de traitement micro-nano plus avancée pour créer des électrodes implantées ultra-flexibles et dégradables afin de minimiser l’intrusion d’organismes.
Le deuxième aspect est « l’interaction et l’intelligence bidirectionnelles ». Les capteurs hybrides actuels sont pour la plupart unidirectionnels (ce sens unique va du vivant vers la machine). À l'avenir, il est possible de développer progressivement un système bidirectionnel capable de renvoyer des informations au système nerveux (comme la stimulation électrique), formant ainsi une véritable boucle fermée de perception biologique. Combiné à l'intelligence artificielle, le système peut non seulement interpréter les signaux, mais également apprendre et s'adapter au modèle de réponse des organismes, optimisant dynamiquement les paramètres de stimulation ou les stratégies d'exécution des tâches, rendant finalement l'ensemble du système hybride plus intelligent et adaptatif.
Concernant ce type de technologie de pointe qui tente d’intégrer la vie aux machines, accorderiez-vous davantage d’attention aux perspectives d’application révolutionnaires qu’elle apporte, ou aux défis et aux risques pour la nature de la vie qui se cachent derrière elle ? Selon vous, quel type de règles la société devrait-elle mettre en place pour guider le développement de ce type de technologie ? Vous êtes invités à partager vos opinions personnelles dans la zone de commentaires. Si cet article a déclenché vos réflexions, n'hésitez pas à l'aimer et à le republier.
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