智东西（公众号：zhidxcom）
编译 | 曹玉蓓
编辑 | 心缘
智东西9月22日消息，日本研究人员最近展示了一项新技术，通过在昆虫身上安装太阳能电池和电子设备，用遥控器来控制它们的运动。这种半机械昆虫将主要应用在人类不方便进入的灾害场景里，也就是说，未来如果日本发生了地震，幸存者被困在成吨的瓦砾下，能够发现他们的第一批救援队，很可能是群半机械昆虫。
贴在半机械昆虫腹部的，是Kenjiro Fukuda和他的团队在日本研究巨头RIKEN薄膜设备实验室开发的一款柔性太阳能电池薄膜，厚度为4微米，宽度约为人类头发的1/25。该薄膜不会妨碍昆虫的自由爬动，太阳能电池能产生足够的电力向昆虫后部的感觉器官传递定向信号，以在需要的时候控制昆虫的运动。
这项研究工作的结果，由日本理化学研究所开创性研究集群（CPR）的研究人员组建的国际团队，于今年9月5日发布在了科学期刊《npj-柔性电子》上。
一、让“小强”背上太阳能电池和电子设备
日本的半机械昆虫研究工作以新加坡南洋理工大学之前的昆虫控制实验为基础，日后可能会产生比机器人更重要的作用，因为昆虫本身就有一定的运动能力，体积更小，在身上安装太阳能电池和电子设备后，能够更快速敏捷地进入危险地区作业，同时也更加省电。
“小型机器人内部的电池很快就用完了，能够进行探索的时间就必须被缩短。所以半机械昆虫的一个关键好处是，当涉及到昆虫的运动时，昆虫会自行移动，因此所需的电量远没有那么多。”Fukuda说道。
在研究过程中，Fukuda和他的团队选择了马达加斯加蟑螂进行实验，这种蟑螂体积足够大，成体体长可达2至3英寸（5.1–7.6公分），对比一般的蟑螂，携带设备会更加方便，且马达加斯加蟑螂没有翅膀，而蟑螂的翅膀常常会妨碍到实验。
这些蟑螂身上的设备是研究人员根据蟑螂的身体建模并采用弹性聚合物进行3D打印的，几乎完美贴合了蟑螂后背曲线，因此设备可以被很好地固定住。
研究人员在靠昆虫头部的一侧安装了无线运动控制模块，用来控制整个蟑螂的运动状态。有了电子元件，就需要供电系统，研究人员在蟑螂的尾部附着了一块厚度4微米的太阳能电池薄膜。
实验过程中，研究人员们发现即使背着装有太阳能电池和电子设备的“背包”和薄膜在背上，马达加斯加蟑螂们也可以很好的穿过小障碍物，在翻倒时也能自己爬起来。
但即便如此，这项研究还有很长的路要走。在最近的一次演示中，RIKEN研究员Yujiro Kakei使用专门的计算机和无线蓝牙信号来告诉半机械蟑螂向左转，结果这只蟑螂朝左发生了故障。当给定向右转的信号时，它又开始原地转圈。
二、将“背包”小型化已成下一个挑战
除了灾难时的“救援昆虫”外，Fukuda还看到了由塑料、银和金的微观层组成的太阳能电池薄膜广泛的应用场景。这些薄膜可以内置在人们的衣服里，或皮肤贴片中，用于监测生命体征。Fukuda说：“在阳光明媚的日子里，覆盖着这种材料的遮阳伞还可以产生足够的电力来为手机充电。”
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。”
结语：从目光对准全机器人，到开始利用动物本身的特性
人们喊着“用科技改变世界”的口号时，常会忘了大自然的力量，当面对小型机器人与高密度电池的困境时，研究人员视线转到了那些不需要耗电、本身就具备运动特性的昆虫们。
为了能利用昆虫的先天条件，研究人员不得不将科技变得适用于它们，4微米厚的太阳能电池组件，就是此次研究的一个难点。
由于蟑螂在活动时，尾部会发生骨骼重叠的情况，不便于太阳能电池组件的安装。为了保证蟑螂尾部能够正常活动，太阳能电池组件也能正常安装，研究人员设计了一种腹部超薄膜安装方案，即用树脂粘合剂将薄膜附着在蟑螂腹部，蟑螂运动腹部变形时，骨骼重叠的部分可以自然地去除粘合剂，薄膜呈现出中空结构，仅选择性地粘附在不重叠的部分。
来源：路透社