雷鋒網(wǎng)按，近些年來，許多機(jī)器人都在忙著從動(dòng)物身上取經(jīng)，學(xué)習(xí)它們的敏捷、高效和各種技能。從某些能力上來看，有些機(jī)器人已經(jīng)快追上動(dòng)物了，不過我們依然在追逐完美的道路上不斷前行。

研發(fā)人員有時(shí)會(huì)在機(jī)器人的設(shè)計(jì)中用到生物學(xué)（如許多長得像動(dòng)物的仿生機(jī)器人），不過他們還有一種更直接的方式，那就是直接以生物為基礎(chǔ)打造機(jī)器人。此前，我們就見識(shí)過在類似指導(dǎo)原則下打造的飛行昆蟲（半機(jī)器半昆蟲），但今天這款來自新加坡南洋理工大學(xué)（Nanyang Technological University，簡稱NTU）的機(jī)器甲殼蟲則更加炫酷，它不但是世界上最小的機(jī)器昆蟲，也是市面上可控性最強(qiáng)的產(chǎn)品。

在一篇論文中，該研究小組對(duì)他們的新作品進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，下面一段就是他們的核心觀點(diǎn)：

“將活體昆蟲當(dāng)成平臺(tái)來開發(fā)活生生的混合型機(jī)器人是絕對(duì)可行的。這樣的機(jī)器人不但能保留昆蟲堅(jiān)硬的外骨骼、柔性關(guān)節(jié)、柔性致動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)能力，還能提升產(chǎn)品的操控性并降低功耗。研究人員會(huì)以活體昆蟲為平臺(tái)，在它身上加裝微型電子設(shè)備對(duì)其進(jìn)行控制。這樣的解決方案讓研發(fā)者直接跳過了復(fù)雜的機(jī)器人本體設(shè)計(jì)，同時(shí)昆蟲的肌肉系統(tǒng)成了柔性致動(dòng)器，而神經(jīng)系統(tǒng)則成了控制系統(tǒng)的一部分?！?/strong>

通過比較，研究人員最終選擇了黑甲蟲，它體型小（2-2.5 厘米）重量輕（0.5 克），可以存活三個(gè)月左右，在昆蟲界黑甲蟲已經(jīng)算是長壽的了。隨后，研究人員會(huì)給黑甲蟲背上一個(gè)“背包”，這個(gè)電子元器件會(huì)通過天線連上甲蟲的觸須。當(dāng)天線發(fā)出電子脈沖時(shí)，就會(huì)激活昆蟲自己的躲避機(jī)制，逼迫昆蟲趕緊轉(zhuǎn)向。

這樣的做法（與那種直接控制昆蟲神經(jīng)或肌肉的做法恰恰相反）有自己的優(yōu)勢(shì)，即甲殼蟲的靈魂并沒有被人完全的奪走，它還能通過自己的大腦控制肢體，這樣一來機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力就變得更強(qiáng)了。由于“背包”里只有兩顆紐扣電池，因此人類最多控制機(jī)器甲殼蟲 8 小時(shí)，不過這也夠它跑上整整一公里了。

那么，想利用這些方式高效的控制甲殼蟲，關(guān)鍵是什么呢？答案是天線刺激不可采用二進(jìn)制，因?yàn)檫@樣的控制命令過于粗糙，幾乎不可用。通過改變刺激的頻率，研究人員就能調(diào)節(jié)甲殼蟲的運(yùn)動(dòng)幅度。此外，提升頻率后甲殼蟲轉(zhuǎn)彎的可能性就會(huì)提高，成功率超過 85%。有趣的是，如果同時(shí)刺激兩根觸須，甲殼蟲就會(huì)倒退。

為了獲得更多相關(guān)細(xì)節(jié)，IEEE Spectrum 對(duì)論文的第一作者 Tat Thang Vo Doan 進(jìn)行了采訪，雷鋒網(wǎng)進(jìn)行了不改變?cè)獾木幾g，采訪全文如下：

IEEE：你們的活體甲殼蟲機(jī)器人與此前出現(xiàn)的機(jī)器蟑螂等產(chǎn)品有什么不同？

Tat Thang Vo Doan：電刺激其實(shí)早已廣泛應(yīng)用在機(jī)器昆蟲中了，有許多公司都在搞天線刺激技術(shù)，不過它們暫時(shí)無法控制昆蟲的響應(yīng)程度，而這對(duì)精準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)建至關(guān)重要，畢竟沒有它，機(jī)器昆蟲就無法自主完成工作。

我們控制機(jī)器甲殼蟲飛行和走路主要靠神經(jīng)肌肉刺激。理想狀態(tài)下，我們能完美的控制甲殼蟲每條腿的動(dòng)作幅度，但這樣的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)起來計(jì)算和模擬的工作量都非常大。天線刺激更加簡單，因?yàn)樗挥梅謩e刺激昆蟲的每一條肌肉，因此能簡化硬件和控制系統(tǒng)。在不久的將來，希望我們能達(dá)到理想狀態(tài)。

IEEE：它能與 Draper 的蜻蜓計(jì)劃一較高下嗎？

Tat Thang Vo Doan：基于光基因技術(shù)的機(jī)器蜻蜓采用神經(jīng)刺激方法，確實(shí)是展示過最小的機(jī)器昆蟲。雖然光基因技術(shù)相當(dāng)火熱，但它需要轉(zhuǎn)基因處理，因此我們無法確定這種技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)對(duì)昆蟲動(dòng)作的精確控制。不過，我們希望 Draper 的機(jī)器蜻蜓能一飛沖天，未來與其他機(jī)器昆蟲一起擔(dān)負(fù)起搜救任務(wù)。

在我們看來，世界上沒有完美的機(jī)器昆蟲，它們都有各自的優(yōu)劣之處。未來，最好它們能通力合作，取長補(bǔ)短，在搜救行動(dòng)中更高效的完成任務(wù)。

IEEE：為什么要選擇黑甲蟲？

Tat Thang Vo Doan：首先還是因?yàn)樗捏w型，在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，這種小家伙能到達(dá)任何地方，而蟑螂或巨型甲蟲可能就會(huì)被卡住。此外，與其他不同體型的機(jī)器昆蟲共同使用，就能擴(kuò)大搜索覆蓋率并提升救援精度和效率。

IEEE：這樣的小家伙怎么攜帶傳感器？遠(yuǎn)距離還能控制嗎？

Tat Thang Vo Doan：我們可以將內(nèi)置傳感器整合進(jìn)它的“背包”中，要知道昆蟲可以背動(dòng)它自身兩倍重量的物體。此外，我們正在開發(fā)方便人類探測(cè)和導(dǎo)航的新型背包，在災(zāi)區(qū)穿行的機(jī)器甲殼蟲能利用背包幫救援人員盡快發(fā)現(xiàn)生命，同時(shí)背包還能讓它們自主完成搜救任務(wù)。

如果災(zāi)情嚴(yán)重，我們可以釋放上百個(gè)飛行或爬行的機(jī)器昆蟲（大規(guī)模量產(chǎn)后機(jī)器昆蟲價(jià)格會(huì)大幅下降）。機(jī)器昆蟲可以自由的在坍塌的建筑中穿行，并回傳它們所處位置的地圖與環(huán)境狀況，這樣一來救援隊(duì)就能更精準(zhǔn)的制定救援計(jì)劃，畢竟救災(zāi)時(shí)時(shí)間就是金錢。

一旦機(jī)器昆蟲在廢墟中發(fā)現(xiàn)生命跡象，它會(huì)向救援隊(duì)發(fā)送緊急信號(hào)，隨后切換到自動(dòng)控制模式，在受傷者周圍兜圈圈來確認(rèn)并繪制周邊環(huán)境的地圖。救援行動(dòng)結(jié)束后，所有的機(jī)器昆蟲都會(huì)自動(dòng)返回控制中心。雖然聽起來像科幻小說，但我們確實(shí)在努力將它變成現(xiàn)實(shí)。

IEEE：這樣的機(jī)器昆蟲什么時(shí)候才能實(shí)地應(yīng)用呢？

Tat Thang Vo Doan：從現(xiàn)在的進(jìn)度來看，我認(rèn)為五年內(nèi)它們就能派上用場(chǎng)了。當(dāng)然，這里說的并非執(zhí)行搜救任務(wù)，這難度還算是有點(diǎn)大。

IEEE：你們下一步要做什么？

Tat Thang Vo Doan：我們現(xiàn)在正在打造一套反饋控制系統(tǒng)，它是精確控制昆蟲動(dòng)作的可靠性保證。此外，我們還在為“背包”整合導(dǎo)航系統(tǒng)與環(huán)境傳感器，未來機(jī)器昆蟲也能像自動(dòng)駕駛汽車一樣完成任務(wù)。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，我們得保證機(jī)器昆蟲的能源供給，如果只靠電池，挑戰(zhàn)可是相當(dāng)巨大。因此，我們正在開發(fā)生物燃料電池，它能將昆蟲體內(nèi)的生物燃料轉(zhuǎn)化成電能來驅(qū)動(dòng)“背包”。

 

Via. IEEE.Spectrum

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