【導(dǎo)讀】事實上，從第二次世界大戰(zhàn)以來，美軍一直試圖透過遠程控制動物攜帶麥克風(fēng)來進行偵察。但直到20世紀(jì)電子產(chǎn)品和控制機制發(fā)展得更先進以后，才足以使相關(guān)計劃順利進行。特別是由于微型處理器、傳感器與致動器可內(nèi)建于僅有幾克重的毫米級無線“背包”后，如今在控制飛蟲方面已取得了實質(zhì)的進展。
美國和新加坡的研究人員們攜手合作，利用一種小型背包來刺激甲蟲的肌肉，使其得以用無線的方式遠程控制巨型花甲蟲(可能比飛蛾更大)的飛行。這項研究的目的是希望用在發(fā)生自然災(zāi)害后搜救幸存者，就像美國國防部先進研究計劃署(DARPA)的機器人挑戰(zhàn)賽(Robotics Challenge)一樣，但它也催生了更多針對機器人以及軍方遠程控制昆蟲的其他應(yīng)用。
“在救災(zāi)現(xiàn)場利用小型昆蟲的概念一直相當(dāng)吸引人。例如，配備簡單溫度傳感器的昆蟲爬行或飛過碎石堆進行偵察，”負責(zé)主導(dǎo)這項研究的美國加州大學(xué)柏克萊分校電子工程與計算機科學(xué)系副教授Michel Maharbiz表示。
研究人員觀察手中的花甲蟲及其背包等細節(jié)。
事實上，從第二次世界大戰(zhàn)以來，美軍一直試圖透過遠程控制動物攜帶麥克風(fēng)來進行偵察。但直到20世紀(jì)電子產(chǎn)品和控制機制發(fā)展得更先進以后，才足以使相關(guān)計劃順利進行。特別是由于微型處理器、傳感器與致動器可內(nèi)建于僅有幾克重的毫米級無線“背包”后，如今在控制飛蟲方面已取得了實質(zhì)的進展。
當(dāng)然，今日的研究人員們已經(jīng)證明這種動物控制能夠挽救人們的生命，但目前的資金主要來自政府資助。例如，美國國家科學(xué)基金會(NSF)，以及新加坡三軍總長(CDF)為主導(dǎo)的新加坡南洋助理教授(NAP)協(xié)會與科技研究局(A*STAR)。
從飛行中的甲蟲看來，在它身上的背包重量夠輕，不至于為其帶來壓力。
研究人員得以在遠程控制這種巨型花甲蟲的關(guān)鍵在于找到了可在其飛行中控制精密調(diào)整轉(zhuǎn)向的肌肉。首先，研究人員們制作了一個超小型的背包，用于監(jiān)測其自然的飛行模式以及啟動轉(zhuǎn)向的肌肉刺激。在此過程中，研究團隊還修正了1800年以來生物學(xué)書籍中認為肌肉只用于著陸時控制翅膀收合的論點。然而，透過偵測飛行中的肌肉，研究人員確認了肌肉的第二項功能在于精確地控制飛行的轉(zhuǎn)向。
甲蟲在干涸的河床之間覓食。
現(xiàn)在，研究團隊打算在其它動物所上采用相同的途徑——先監(jiān)看其動作模式，掌握其肌肉的功能，然后再設(shè)計一款可依需要控制功能的背包。“我的實驗室主要著重于蝗蟲，這項研究是由博士后研究員Joshua van Kleef所主導(dǎo)，”Maharbiz表示。
花甲蟲在充滿綠葉的自然棲息地爬行。
前幾代的生物學(xué)家并不了解動物的每一塊肌肉是如何運作的——尤其是實現(xiàn)飛行的肌肉，當(dāng)時也還沒有無線技術(shù)來協(xié)助自由飛行。相反地，由于肌肉運動彼此之間相互牽制，使其幾乎無法區(qū)隔出自然的肌肉運動與人為的補償動作。因此，在這項研究中，生物學(xué)家稱這種無線背包為Mecynorrhina巨型花甲蟲的第三腋片(3Ax)肌肉。
巨型花甲蟲的重量約8克，配備電池的整個無線背包重量約僅1.5克。此外，背包中還裝載了6個連接至甲蟲光瓣與飛行肌肉的電極，這些組件都利用1顆3.9V的鋰電池供電，同時僅以大約1,000Hz的低頻信號傳送至背包。
由加州柏克萊大學(xué)與新加坡南洋理工學(xué)院(NTU)攜手進行的這項“賽博格”(Cyborg；機械化有機體)昆蟲研究，透過無線射頻訊號記錄昆蟲飛行與轉(zhuǎn)向時的肌肉數(shù)據(jù)，并利用這些信息來改善在遠程控制飛行轉(zhuǎn)向的精確度，不僅讓研究人員得以更精確地控制昆蟲的飛行與轉(zhuǎn)向，同時也啟發(fā)了更多新應(yīng)用。
