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馬達(dá)加斯加蟑螂，成年時長到 6 厘米（2.4 英寸），有‘攀爬好手’之名，當(dāng)感覺有危險時，它會讓空氣快速通過背部的孔從而發(fā)出嘶鳴聲。
科學(xué)家從它們的偉岸身姿上，看到了它們‘進(jìn)化’成半機械昆蟲的潛力。
由日本理化學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究團隊，設(shè)計了一個遠(yuǎn)程無線控制蟑螂的系統(tǒng)，近日將成果發(fā)表在科學(xué)期刊 npj Flexible Electronics。
首先，研究人員用特別設(shè)計的‘背包’，將無線腿控模塊和鋰聚合物電池連接到蟑螂胸部，電脈沖可以刺激蟑螂的神經(jīng)系統(tǒng)，控制它朝左或朝右移動。
‘背包’根據(jù)模型蟑螂的身體建模并用彈性聚合物 3D 打印，完美貼合蟑螂曲面，能在胸部固定一個多月。
而發(fā)送和接收信號需要有持續(xù)的供電，否則當(dāng)電池耗盡電量，蟑螂就能自由來去，畫面令人血壓飆升。
所以，研究團隊又在蟑螂腹部安裝了給電池充電的超薄太陽能電池模塊，讓它逃不出手掌心。其功率輸出達(dá)到 17.2 mW，比目前最先進(jìn)的活體昆蟲能量收集裝置高出約 50 倍。
考慮到腹部在運動時的變形，不讓太陽能電池模塊阻礙蟑螂的正常行動，研究團隊測試了許多種電子薄膜，最終采用了比人類頭發(fā)細(xì)約 17 倍的 0.004 mm 薄膜，它大約可在蟑螂的腹部粘附一個月。
這也是本次研究比起半機械昆蟲前輩的長處——在更長的時間內(nèi)控制蟑螂。
當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒，你就可以用無線遙控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程對蟑螂為所欲為了。按下按鈕，你讓它向右轉(zhuǎn)，它絕不向左。
研究團隊指出，有朝一日，這些蟑螂可以用來監(jiān)測環(huán)境或災(zāi)后搜索救援，抵達(dá)人類難以觸及的地方。
但目前的研究成果只有無線運動控制系統(tǒng)，還沒有配備傳感器和攝像頭。其中，攝像頭需要更多的電力，就算能夠使用，分辨率也會非常低。
因為有了超薄太陽能電池，未來我們還可以期待更多昆蟲加入，研究團隊看好甲蟲和蟬。
想象一下，當(dāng)人類談笑間指揮一支半機械昆蟲隊伍，這場面將是多么壯觀。當(dāng)然，前提是它們不會失去控制。
人才輩出的半機械蟑螂界 再來看看半機械蟑螂的‘前浪’們，個個非等閑之輩。
早在 2012 年，北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員就對蟑螂下手了，主角同樣是大型馬達(dá)加斯加蟑螂。
![]() ▲ 圖片來自：North Carolina State University
當(dāng)微控制器連接到蟑螂的觸角和后部感覺器官，產(chǎn)生的電荷會使蟑螂認(rèn)為它撞到了什么東西，或者遇到了什么威脅，從而移動到你想讓它去的方向，甚至走出一個規(guī)劃好的曲線。
蟑螂可能以為這是它的自由意志，實則被人類遠(yuǎn)程控制。而人類對它的期待是，在狹小的空間里尋找災(zāi)難幸存者。
2018 年，康涅狄格大學(xué)研究團隊創(chuàng)造了一種微電路，控制蟑螂的方式也是讓蟑螂相信自己遇到了障礙。
相比前人的進(jìn)步在于，微電路實現(xiàn)了對半機械昆蟲更可靠和精確的控制。
具體來說，它能夠檢測蟑螂的 6 度自由運動、線性和旋轉(zhuǎn)加速度，以及周圍的環(huán)境溫度，因為環(huán)境溫度也會影響昆蟲移動的方式和位置。
康涅狄格大學(xué)電氣和計算機工程助理教授 Dutta 對它寄予厚望：從搜索、救援到國防，半機械昆蟲有大量有用的應(yīng)用，但現(xiàn)在仍處于‘幼蟲’階段，它未來的高科技兄弟可能會拯救你的生命。
半機械蟑螂還有更多的使命。2013 年前后，神經(jīng)科學(xué)家 Greg Gage 推出了‘蟑螂意念控制器’RoboRoach，將其作為教育體驗，幫助學(xué)生初步了解神經(jīng)回路。
世界上有太多無法治愈的神經(jīng)疾病，學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)又有一定門檻，RoboRoach 這類工具是為了讓學(xué)生在更早的年齡學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)，他們中或許有人能成為解決問題的科學(xué)家和工程師。
讓蟑螂戴好控制單元、電池和電極，學(xué)生可以通過免費的手機應(yīng)用，微刺激蟑螂的觸角神經(jīng)，短暫地?zé)o線控制蟑螂的左右運動，并記錄活的神經(jīng)系統(tǒng)組織的變化。
Greg Gage 表示，對蟑螂來說，這不是一個很痛苦的體驗，它們適應(yīng)得也很快。簡言之，沒有一只蟑螂在實驗中受到傷害。
當(dāng)你將蟑螂放回籠子約 20 分鐘時，它們會‘忘記’剛才的經(jīng)歷，然后刺激再次起作用；大約 2 到 7 天后，刺激會完全失效，蟑螂不再聽你擺布，可以‘功成身退’了。
需要提醒一下，假如你想要購買 RoboRoach，蟑螂并不捆綁發(fā)售，但可以單獨訂購南美蟑螂，一盒三只。
論蟑螂的多種用法 不負(fù)‘打不死的小強’之名，在半機械蟑螂之外，蟑螂還有許多種用法。
先來說說你或許最不能接受的一種。
奉俊昊《雪國列車》里用蟑螂做的蛋白質(zhì)塊，形象地體現(xiàn)了底層居民的生存狀態(tài)。昆蟲富含蛋白質(zhì)，蟑螂繁殖能力又強，如果真的別無選擇了，作為末日口糧未嘗不可。
據(jù)說奉俊昊的要求是，蛋白質(zhì)塊要像蟑螂翅膀般黑色但透亮。它實際由海帶和糖制作而成，很多演員盡管知情，但對這種黏軟的物體仍然難以下咽。
蛋白質(zhì)塊只是演戲，現(xiàn)實里卻真的存在‘蟑螂面包’。
2017 年，巴西的研究人員推出了一種蛋白質(zhì)增強面包，這種面包富含干燥、粉碎和過篩的灰質(zhì)蟑螂，結(jié)論是‘使用灰質(zhì)蟑螂面粉，是一種在不改變感官質(zhì)量的情況下豐富小麥面包的有效方法’。
光啃面包不免口干舌燥，不如喝杯‘蟑螂奶’原湯化原食。是的很不幸，‘蟑螂奶’也是真實存在的。
2018 年 6 月有報道稱，所謂的‘蟑螂奶’主要來源于太平洋甲蟲蟑螂體內(nèi)的一種結(jié)晶體，‘蟑螂奶’的蛋白質(zhì)是一般牛乳的 4 倍，還包含了促進(jìn)生長的氨基酸和人體所需的脂肪和糖類。
不過，從蟑螂體內(nèi)提取分泌物要比奶牛擠奶要難得多，研究人員需要剖開雌性蟑螂的腹部，取出胚胎和內(nèi)臟，再用移液管抽出結(jié)晶狀的分泌物，1000 只蟑螂才能制成 100 g‘蟑螂奶’。
就算有了《荒野求生》貝爺?shù)拇笮呐K，嘗試還得冒風(fēng)險，目前還沒完全證明‘蟑螂奶’對人體完全無害。
和蟑螂搏斗的過程里，我們大概都能領(lǐng)會，蟑螂的運動能力不可小覷。
這種天賦是很多科學(xué)家的‘繆斯’，就像加州大學(xué)伯克利分校教授 Robert Full 所說，‘基于進(jìn)化的古老工程，建造明天的機器人’。
比如，當(dāng)蟑螂穿過微小的裂縫時，可以將身體擠壓到僅兩個硬幣高，承受 900 倍于體重的力。通過研究這種‘極端表現(xiàn)’，以及蟑螂靈活的外骨骼和多刺的腿，哈佛大學(xué)博士后研究員 Kaushik Jayaram 設(shè)計了手掌大小的機器人 CRAM。
CRAM 是一種具有鉸接機構(gòu)的可壓縮機器人，能夠擠入并穿過只有它一半高度的裂縫，未來可在龍卷風(fēng)、地震和爆炸造成的廢墟中搜索和救援。 蟑螂腿則為人類假肢提供了思路，它們的彈性力學(xué)啟發(fā)了機械手抓握動作的設(shè)計。
哈佛大學(xué)生物機器人實驗室的一項研究便是參考蟑螂腿，制造出‘沿著物體滑動直到包裹住物體’的手，類似于我們舉起咖啡杯。
蟑螂已生存了 3 億多年，和恐龍曾身處同一時代，現(xiàn)在還在污水管道、垃圾場等病原體密集的地方安居樂業(yè)，頑強的生命力絕非偶然。所以，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，蟑螂亦有造詣。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蟑螂檢測到潛在的有害微生物時，它們的身體會產(chǎn)生阻止病原體的蛋白質(zhì)。
在過去的十年里，科學(xué)家們已經(jīng)成功地分離出各種蟑螂產(chǎn)生的抗菌蛋白，并測試了它們對抗鏈球菌、大腸桿菌、沙門氏菌等細(xì)菌感染的能力。打個不恰當(dāng)?shù)谋确剑肟赡苁俏覀儭畬钩壖?xì)菌所需要的超級細(xì)菌’。
蟑螂確實有許多用處，但偶遇時還是讓人起雞皮疙瘩，當(dāng)事人殺心大起，手執(zhí)拖鞋，伴有頭皮發(fā)麻、汗毛林立的癥狀。
研究是研究，生活是生活，我們不必喜歡蟑螂。或許正如 Kaushik Jayaram 說的那樣：
‘我不希望我的背包、臥室或食物旁邊有蟑螂。我不認(rèn)為蟑螂很可愛，但它們創(chuàng)造了一個偉大的科學(xué)模型。從廣義上講，大自然擁有龐大的設(shè)計理念庫。’ | 
發(fā)表于 2022-9-20 09:41:09
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