智東西（公衆號：zhidxcom）
編譯 | 曹玉蓓
編輯 | 心緣
智東西9月22日消息，日本研究人員最近展示了一項新技術，通過在昆蟲身上安裝太陽能電池和電子設備，用遙控器來控制它們的運動。這種半機械昆蟲將主要應用在人類不方便進入的災害場景裏，也就是說，未來如果日本發生了地震，幸存者被困在成噸的瓦礫下，能夠發現他們的第一批救援隊，很可能是群半機械昆蟲。
貼在半機械昆蟲腹部的，是Kenjiro Fukuda和他的團隊在日本研究巨頭RIKEN薄膜設備實驗室開發的一款柔性太陽能電池薄膜，厚度爲4微米，寬度約爲人類頭發的1/25。該薄膜不會妨礙昆蟲的自由爬動，太陽能電池能産生足夠的電力向昆蟲後部的感覺器官傳遞定向信號，以在需要的時候控制昆蟲的運動。
這項研究工作的結果，由日本理化學研究所開創性研究集群（CPR）的研究人員組建的國際團隊，于今年9月5日發布在了科學期刊《npj-柔性電子》上。
一、讓“小強”背上太陽能電池和電子設備
日本的半機械昆蟲研究工作以新加坡南洋理工大學之前的昆蟲控制實驗爲基礎，日後可能會産生比機器人更重要的作用，因爲昆蟲本身就有一定的運動能力，體積更小，在身上安裝太陽能電池和電子設備後，能夠更快速敏捷地進入危險地區作業，同時也更加省電。
“小型機器人內部的電池很快就用完了，能夠進行探索的時間就必須被縮短。所以半機械昆蟲的一個關鍵好處是，當涉及到昆蟲的運動時，昆蟲會自行移動，因此所需的電量遠沒有那麽多。”Fukuda說道。
在研究過程中，Fukuda和他的團隊選擇了馬達加斯加蟑螂進行實驗，這種蟑螂體積足夠大，成體體長可達2至3英寸（5.1–7.6公分），對比一般的蟑螂，攜帶設備會更加方便，且馬達加斯加蟑螂沒有翅膀，而蟑螂的翅膀常常會妨礙到實驗。
這些蟑螂身上的設備是研究人員根據蟑螂的身體建模並采用彈性聚合物進行3D打印的，幾乎完美貼合了蟑螂後背曲線，因此設備可以被很好地固定住。
研究人員在靠昆蟲頭部的一側安裝了無線運動控制模塊，用來控制整個蟑螂的運動狀態。有了電子元件，就需要供電系統，研究人員在蟑螂的尾部附著了一塊厚度4微米的太陽能電池薄膜。
實驗過程中，研究人員們發現即使背著裝有太陽能電池和電子設備的“背包”和薄膜在背上，馬達加斯加蟑螂們也可以很好的穿過小障礙物，在翻倒時也能自己爬起來。
但即便如此，這項研究還有很長的路要走。在最近的一次演示中，RIKEN研究員Yujiro Kakei使用專門的計算機和無線藍牙信號來告訴半機械蟑螂向左轉，結果這只蟑螂朝左發生了故障。當給定向右轉的信號時，它又開始原地轉圈。
二、將“背包”小型化已成下一個挑戰
除了災難時的“救援昆蟲”外，Fukuda還看到了由塑料、銀和金的微觀層組成的太陽能電池薄膜廣泛的應用場景。這些薄膜可以內置在人們的衣服裏，或皮膚貼片中，用于監測生命體征。Fukuda說：“在陽光明媚的日子裏，覆蓋著這種材料的遮陽傘還可以産生足夠的電力來爲手機充電。”
將組件小型化已經成了下一個挑戰，在能夠安裝傳感器甚至相機的條件下，昆蟲還可以更輕松地移動這點格外重要。Kakei說，他用在東京著名的秋葉原電子區購買的價值5000日元的零件制作了一個半機械昆蟲“背包”。“背包”和薄膜是可以取下的，讓蟑螂在實驗室的玻璃容器中恢複生機。
在人工飼養的條件下，這些昆蟲可以在四個月內成熟，可以活到五年。至于目前的“賽博小強”能不能用于現實的搜救工作，Fukuda說道：“現在的系統只有一個無線運動控制系統，因此不足以進行城市救援等應用。要進行搜救工作，還需要給蟑螂植入集成傳感器和攝像頭等其他必要設備。”
結語：從目光對准全機器人，到開始利用動物本身的特性
人們喊著“用科技改變世界”的口號時，常會忘了大自然的力量，當面對小型機器人與高密度電池的困境時，研究人員視線轉到了那些不需要耗電、本身就具備運動特性的昆蟲們。
爲了能利用昆蟲的先天條件，研究人員不得不將科技變得適用于它們，4微米厚的太陽能電池組件，就是此次研究的一個難點。
由于蟑螂在活動時，尾部會發生骨骼重疊的情況，不便于太陽能電池組件的安裝。爲了保證蟑螂尾部能夠正常活動，太陽能電池組件也能正常安裝，研究人員設計了一種腹部超薄膜安裝方案，即用樹脂粘合劑將薄膜附著在蟑螂腹部，蟑螂運動腹部變形時，骨骼重疊的部分可以自然地去除粘合劑，薄膜呈現出中空結構，僅選擇性地粘附在不重疊的部分。
來源：路透社