想象一下，你在地震发生后被困在建筑物废墟中。这样的场景非常可怕，尤其是在需要争分夺秒展开搜救行动的时候。现在再想象一下，出现在你面前的其中一个救援者竟然是一只半机械蟑螂。

不管你对昆虫有何感受，日本大阪大学的一个科学家团队显然认为，这些有着极强生命力的小虫子能在灾难发生时派上用场。根据研究人员最近在《类生命机器人与仿生系统》杂志上发表的论文，人类社会比以往任何时候都更接近于做到以下这一点：部署通过技术手段让自身能力得到增强的昆虫，在自然灾害和极端环境探索等现实场景中起到辅助作用。

昆虫正启发机器人技术进步

昆虫正在越来越多地启发机器人技术的进步，但在很多情况下，仿生科技依然是极为复杂的。尽管半机械蟑螂看上去有些可怕，但研究人员发现，强化而不是机械复制这种六足昆虫或许是更简单、划算的一种选择。

在最新的这个例子中，科学家将微小的刺激电极植入蟑螂的大脑和周边神经系统，随后将电极与机器学习程序连接在一起。该系统随后接受了识别昆虫运动状态的训练——如果蟑螂在障碍物前停留，或蜷缩在黑暗寒冷的环境中，电极会指示它们沿另一条路线继续前进。为了防止蟑螂过度疲劳，研究人员甚至对刺激电流进行了微调，使它们尽可能最小化。

重要的是，这样的设置并没有让蟑螂沦为“僵尸”，而只是对它们的运动决定施加影响。论文的撰写者之一、机器人专家森岛圭祐在一份声明中说：“我们不必像控制机器人那样控制半机械蟑螂。它们可以拥有一定程度的自主权，这是它们敏捷移动的基础。比如，在救援场景中，我们只需要在蟑螂走错路时刺激它改变方向，或者让它在出人意料地停下来时继续移动。”

虽然科学家目前还不能通过这种方法控制蟑螂的精确行进方向，但他们在论文中总结说，这种设置“成功地将（它们的）平均搜索速度和行进距离分别提高了多达68%和70%，而停止不动的时间则减少了78%”。

东京遭遇地震是缘起

2011年3月，Hirotaka Sato在东京遭遇了地震。地震摧毁了数万栋建筑，并引发了海啸，袭击了日本东海岸，包括福岛核电站。超过 18,000 人死亡或失踪。Sato看着绝望的搜救任务展开，心想：“我需要开发技术来拯救人们。”

他很快想到并一直努力的解决方案是半机械昆虫。他想象着一群活生生的生物在瓦砾中穿梭，必要时由植入昆虫神经系统的外科植入电极远程控制。这些生物将携带能够识别幸存者的传感器，以及将他们的位置传给救援人员的信号发射器。

Sato选择了马达加斯加嘶嘶声蟑螂 (Gromphadorhina portentosa) 作为他的救援队基础。这些长 5 厘米的生物可以携带多达 15 克的安装技术，目前包括一台红外摄像头和一个能够检测活人的处理器。Sato的团队可以通过遥控器操纵昆虫向左、向右和向前移动，或者让它们自主导航到预编程的目的地。研究人员目前正在改进跟踪和通信系统，使半机械生物能够告诉救援人员在哪里找到需要帮助的人。

Sato的实验室是世界上数十个致力于生物混合机器人学新兴领域的实验室之一，该学科旨在将工程师结合常规金属和塑料部件以及活的生物组织来制造机器人。宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学的工程师 Victoria Webster-Wood 说：“生物混合体是指任何结合了生物材料和合成材料的机器人。”

研究人员使用的生物材料的类型和数量差异很大，他们试图解决的挑战也各不相同。对于像 Sato 的搜救蟑螂这样的半机械人，机器人学家利用了基本完整的生物系统的自然能力。在其他情况下，研究人员正在探索少量的活体组织——例如，一个会发臭的飞蛾触角2，或一层人类皮肤3——如何为其他传统机器人提供特定功能。一些最雄心勃勃的项目将活细胞置于机器人设计的核心，例如那些试图构建强大、自我修复的肌肉，机器人可以使用它们来移动。

尽管他们的方法不同，但大多数参与的研究人员都对利用自然来推进机器人技术有着共同的兴趣。但正如该领域的工作人员非常清楚的那样，将生物混合机器人完全带入生活仍然存在严重障碍。

实验还有很长的路要走

虽然利用动物完整的身体和神经系统比从头开始建造机器人具有优势，但如此完全地利用自然的创造物也带来了限制。Webster-Wood 说：“每当我们劫持一个现有的生物体，我们就局限于进化所产生的功能和体型因素。” 她和其他研究人员的目标是将生物材料作为他们自己设计的机器人中的构建块——这些机器人将被设计用于特定的应用。

到目前为止，这项工作的重点大多是肌肉。Webster-Wood 解释说，在选择机器人设计中使用的执行器类型时，机器人专家会考虑各种指标，包括其相对于重量产生的力和能量效率和耐久性。虽然肌肉在任何一个指标上都没有获得最高分，但它在多个指标上都表现良好。Webster-Wood 说：“现有的执行器存在一些严重的限制。特别是对于小型机器人。”

将组件小型化已经成了下一个挑战，在能够安装传感器甚至相机的条件下，昆虫还可以更轻松地移动这点格外重要。Kakei说，他用在东京著名的秋叶原电子区购买的价值5000日元的零件制作了一个半机械昆虫“背包”。“背包”和薄膜是可以取下的，让蟑螂在实验室的玻璃容器中恢复生机。

在人工饲养的条件下，这些昆虫可以在四个月内成熟，可以活到五年。至于目前的“赛博小强”能不能用于现实的搜救工作，Fukuda说道：“现在的系统只有一个无线运动控制系统，因此不足以进行城市救援等应用。要进行搜救工作，还需要给蟑螂植入集成传感器和摄像头等其他必要设备。”

但也许最大的问题是扩大生产规模。到目前为止，大多数生物混合机器人基本上都是手工制作的。Raman 说，即使是在同一个实验室，不同人制造的设备往往会发生变化——用不同批次的细胞制造的机器人也会发生变化。“这是一个巨大的问题，”她说。为了开始解决可靠的大规模生产问题，Raman 的实验室现在正在研究 3D 打印方法。

Parker 对迄今为止的生物混合努力毫不掩饰地评价说：“这属于工艺品，而不是工程。” 他说，在他的每一篇高影响力的机器人鱼类论文背后，都有多年学习如何用心肌细胞进行构建的经历。为了了解如何将肌肉细胞与合成骨架结合，他的团队使用了描述骨架材料物理特性的方程，来近似计算系统的行为方式。Parker 说：“你必须拥有设计工具。否则，这些都只是派对戏法。”

文章来源： 煎蛋，智东西，九派新闻，参考消息