半機械昆蟲來襲

程醉

蜜蜂可以幫助人們傳播花粉，讓植物得以豐收；蚯蚓可以幫助人們疏松土壤，讓植物更好地生長……于是，我們開始不斷研究仿生蟲型機器人，但仿生蟲型機器人終究無法完全具備昆蟲的靈活性、機動性和持久性。于是，人類便萌生出了對昆蟲進行半機械改造，讓它們能夠聽從命令而行動的想法。

半機械昆蟲也稱賽博格昆蟲，即半人半機器的生物。

“打不死的小強”素來以生命力頑強而著稱，所以科學家最先的改造對象就是它。不過，改造對象并不是我們常見的蟑螂，而是馬達加斯加發(fā)聲蟑螂。馬達加斯加發(fā)聲蟑螂成蟲的體長為5至8厘米，體型肥碩粗壯，翅膀已經(jīng)完全退化。更有意思的是，它們能夠利用自身特殊的呼吸孔，通過排氣發(fā)出一種類似于嘶吼的聲音。

科學家之所以選擇馬達加斯加發(fā)聲蟑螂，主要是因為它的體型足夠大，方便研究和操作。

大腦

接下來，科學家需要研制可以遙控的微型計算機，用來給馬達加斯加發(fā)聲蟑螂發(fā)布指令，并且還要給這臺微型計算機提供工作的電源。更為重要的是，科學家要思考如何才能讓這個微型計算機安全有效地整合到馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的身體中。

起初，科學家希望通過微型計算機發(fā)出的電脈沖信號直接控制馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的大腦，再由馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的大腦根據(jù)人類的命令發(fā)出指令，進而完成行動。按照被改造的馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的體型，科學家為其量身定制了一個“背包”，搭載著控制系統(tǒng)。

接著，科學家用銀線將微型計算機與馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的觸角連接在一起。隨后，微型計算機發(fā)射模擬遇到障礙的電脈沖信號，馬達加斯加發(fā)聲蟑螂便會以為前方出現(xiàn)了障礙物，于是開啟躲避、逃逸機制。科學家向其右邊的觸角發(fā)射信號，馬達加斯加發(fā)聲蟑螂就會向左轉(zhuǎn)；向其左邊的觸角發(fā)射信號，馬達加斯加發(fā)聲蟑螂就會向右轉(zhuǎn)。

然而，由這種方式改造而成的半機械馬達加斯加發(fā)聲蟑螂很快便出現(xiàn)了問題。首先，科學家無法控制半機械馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的速度；其次，半機械馬達加斯加發(fā)聲蟑螂經(jīng)常會發(fā)生不明原因的行為紊亂，比如原地打轉(zhuǎn)、步履蹣跚等。

同時，半機械馬達加斯加發(fā)聲蟑螂的“背包”設(shè)計很不成熟。馬達加斯加發(fā)聲蟑螂在運動時，其腹部會發(fā)生變形，部分外骨骼會重疊在一起，導致這款“背包”經(jīng)常出現(xiàn)脫落的情況。

肌肉

科學家只好另辟蹊徑。這一次，他們把目光投向體型更大的巨大花潛金龜。巨大花潛金龜是鞘翅目的一種大型昆蟲，主要分布于非洲中部地區(qū)，成年雄蟲的最大體長可達11厘米。

科學家研究發(fā)現(xiàn)，相比于控制昆蟲的大腦進而控制昆蟲的行動，直接控制昆蟲的肌肉似乎更方便，也更簡單?？茖W家在巨大花潛金龜前足的八塊肌肉上，分別植入八對電極。通過電極對其肌肉進行不同程度的電刺激，巨大花潛金龜?shù)淖憔蜁凑杖祟惖闹噶?，抬高、降低、伸展和回縮。

不過，要讓巨大花潛金龜按照科學家的命令行動，還需要更復雜的操作。比如，要請動物仿生學專家弄清楚在自然條件下行動時，巨大花潛金龜八對足的運動順序，然后才能按照需要設(shè)定電流對其足刺激的順序，以便完成指令。

同時，科學家采用3D打印技術(shù)，使用彈性聚合物給巨大花潛金龜定制了一款用于搭載控制系統(tǒng)的“背包”。據(jù)說，新式“背包”基本上符合預期設(shè)計，能夠在巨大花潛金龜?shù)谋成瞎潭ㄝ^長時間。

大體上來說，科學家對巨大花潛金龜?shù)陌霗C械改造是成功的。實驗結(jié)果顯示，單只雄性巨大花潛金龜除了自身攜帶的控制系統(tǒng)之外，最多還能背負500毫克的重物。

動力

要想控制半機械昆蟲，科學家必須不斷對其進行電刺激。而如何對半機械昆蟲的控制系統(tǒng)持續(xù)供電，仍然是科學家面對的棘手問題之一。

燃料電池不但體積巨大，而且很重，對昆蟲顯然不太適用?？茖W家最初是在昆蟲體內(nèi)植入一個收集其體液的裝置，裝置內(nèi)的酶可以將體液轉(zhuǎn)化成葡萄糖，為燃料電池提供動力。但目前，科學家改變了做法，他們使用一種超薄的柔性太陽能電池，并讓其附著于昆蟲的背部，從而為控制系統(tǒng)供電。

這種柔性太陽能電池的厚度僅為4000納米，重量幾乎可以忽略不計。由于柔性太陽能電池自身能夠隨意彎曲，所以不會影響昆蟲的行動。更重要的是，柔性太陽能電池的輸出功率比體液轉(zhuǎn)化電池的功率高出數(shù)十倍。

相對微型仿生機器人來說，昆蟲本身就是一個非常完美的成品。因此，半機械昆蟲不需要發(fā)動機和燃料，動力由自己產(chǎn)生，也不需要微加工技術(shù)和各種復雜的代碼，只需要專注于人工控制系統(tǒng)，所以成本低廉。隨著半機械昆蟲技術(shù)的日益成熟，半機械蜻蜓、半機械蟬、半機械螞蟻等未來可能都會出現(xiàn)在我們面前，在人類的情報偵察、災難搜救等工作中發(fā)揮特殊的作用。