近些年來(lái)，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(lái)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(zhǎng)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(lái)自新加坡南洋理工大學(xué)（Nanyang Technological University，簡(jiǎn)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。

以下是由Hirotaka Sato教授領(lǐng)導(dǎo)的新加坡研究人員在最近一篇論文中描述的他們的工作：

可以使用活昆蟲作為開發(fā)活昆蟲混合機(jī)器人的平臺(tái)。這樣的混合體保留了昆蟲的剛性外骨骼、柔性關(guān)節(jié)和柔性致動(dòng)器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以及昆蟲的運(yùn)動(dòng)能力，同時(shí)具有高可控性和低功耗的特點(diǎn)。這種昆蟲機(jī)器混合動(dòng)力機(jī)器人是由一個(gè)活著的昆蟲平臺(tái)制成的，其上裝有一個(gè)小型化的電子裝置來(lái)控制它。通過將昆蟲本身作為機(jī)器人，研究人員繞過了設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人身體的復(fù)雜過程，使用昆蟲的肌肉系統(tǒng)作為軟驅(qū)動(dòng)器和柔性關(guān)節(jié)以及作為控制系統(tǒng)的一部分的神經(jīng)系統(tǒng)。

這種特殊的甲殼蟲是一種黑暗的甲殼蟲。它很?。?到2.5厘米），重量輕（約0.5克），并且能夠存活三個(gè)月左右，這對(duì)于一個(gè)小蟲子來(lái)說(shuō)是很長(zhǎng)的時(shí)間了。電子背包與甲殼蟲的觸角接觸，當(dāng)天線受到電脈沖的刺激時(shí)，它激活了甲殼蟲的內(nèi)置逃生機(jī)制，使它陷入了認(rèn)為它正在進(jìn)入某種東西并使其轉(zhuǎn)向的東西。

這樣做的好處（與直接的神經(jīng)或肌肉刺激相反，研究人員也試驗(yàn)過），甲殼蟲的大腦仍然負(fù)責(zé)控制其四肢，以便對(duì)高級(jí)別的控制作出反應(yīng)自適應(yīng)步態(tài)等，使運(yùn)動(dòng)更簡(jiǎn)單的問題來(lái)解決。只有兩個(gè)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。

使用這些方法來(lái)有效地控制昆蟲的關(guān)鍵是對(duì)天線刺激的響應(yīng)不能是二元的，因?yàn)槟阕罱K會(huì)得到一個(gè)通常太粗糙而無(wú)用的控制水平。通過改變刺激的頻率，研究人員能夠調(diào)節(jié)昆蟲的轉(zhuǎn)動(dòng)速度：增加刺激頻率也增加了昆蟲的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，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。

為了了解更多細(xì)節(jié)，IEEE Spectrum與Tat Thang Vo Doan進(jìn)行了交談，他是第一位在《軟機(jī)器人》期刊上發(fā)表的關(guān)于這種控制論昆蟲的論文。

您的生物機(jī)器人與過去曾經(jīng)見過的其他控制生物學(xué)的昆蟲有什么不同？如蟑螂、蜻蜓和大型甲殼蟲等？

Tat Thang Vo Doan：電刺激通常用于蟑螂、巨型甲殼蟲和蛾等電子人昆蟲的神經(jīng)肌肉刺激。還有其他一些小組正在研究天線刺激，但是他們無(wú)法對(duì)昆蟲的反應(yīng)進(jìn)行評(píng)分，這對(duì)開發(fā)一個(gè)精確的閉環(huán)控制系統(tǒng)使得機(jī)器人蟲自主工作非常重要。

我們的巨型機(jī)器人甲殼蟲主要依靠對(duì)飛行控制的直接飛行肌肉的神經(jīng)肌肉刺激和用于步行控制的前腿的腿部肌肉。理想情況下，刺激肌肉會(huì)更精確，因?yàn)槲覀兛梢酝昝赖乜刂苽€(gè)人腿部，但是在植入和計(jì)算中花費(fèi)更多，以計(jì)劃和刺激所有個(gè)體肌肉進(jìn)行步行。天線的刺激比刺激所有的肌肉更簡(jiǎn)單，更容易，因此可以幫助我們簡(jiǎn)化硬件和控制系統(tǒng)。希望在不久的將來(lái)，我們可以像任何其他人造電機(jī)一樣精確地控制電子人甲殼蟲。

與Draper的DragonflEye項(xiàng)目相比如何？

基于光神經(jīng)刺激的機(jī)器人蜻蜓是曾經(jīng)證明的最小的機(jī)器人昆蟲。雖然光遺傳學(xué)是一個(gè)熱門技術(shù)，但它需要基因修飾。目前，我們不確定光遺傳學(xué)是否能夠精確控制昆蟲的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闆]有太多的信息被發(fā)布。但是，我們希望電子人蜻蜓能夠很好地工作，并且能夠與其他電子人昆蟲進(jìn)行合作，進(jìn)行未來(lái)的搜索和救援行動(dòng)。

我們相信沒有完美的機(jī)器人蟲子他們每個(gè)人都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。我們最好將它們一起用于協(xié)同救援行動(dòng)，以盡可能提高效率。

你為什么決定使用這種特殊的昆蟲？

我們使用Zophobas甲殼蟲來(lái)開發(fā)這個(gè)機(jī)器人的昆蟲，因?yàn)樗男〕叽纾?-2.5厘米）將幫助它在災(zāi)難地點(diǎn)輕松訪問小瓦礫系統(tǒng)，在蟑螂和巨型甲殼蟲無(wú)法進(jìn)入的災(zāi)難地點(diǎn)。此外，一群飛行而行走的各種規(guī)模的機(jī)器人昆蟲會(huì)增加覆蓋范圍，縮短搜索時(shí)間，從而提高搜救行動(dòng)的效率和準(zhǔn)確性。

這些昆蟲能夠攜帶傳感器嗎？在災(zāi)難情況下他們將如何被控制？

對(duì)于步行機(jī)器人的昆蟲，我們能夠?qū)⑼獠總鞲衅骷傻奖嘲?，因?yàn)槔ハx能夠承載高達(dá)其兩倍的重量。我們正在開發(fā)一款集成了人體檢測(cè)和導(dǎo)航傳感器的背包。這將有助于我們?cè)跒?zāi)難地點(diǎn)使用電子人昆蟲時(shí)發(fā)現(xiàn)受害者，并使電子人昆蟲自主工作。

對(duì)于一個(gè)災(zāi)難的情況，我們可以釋放數(shù)以百計(jì)的飛行和爬行機(jī)器人昆蟲的網(wǎng)站，一旦大規(guī)模生產(chǎn)一個(gè)機(jī)器人昆蟲的價(jià)格將微不足道。昆蟲可以自由移動(dòng)進(jìn)入倒塌的結(jié)構(gòu)，并發(fā)回他們的位置和環(huán)境條件的地圖，使救援隊(duì)可以有效地計(jì)劃他們的行動(dòng)方式和地點(diǎn)，他們應(yīng)該訪問。一旦昆蟲檢測(cè)到受害者，就會(huì)向救援隊(duì)發(fā)出警報(bào)，切換到自主控制模式，在受害者身邊移動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)，并建立更清晰的周邊環(huán)境地圖。在營(yíng)救行動(dòng)結(jié)束時(shí)，所有的昆蟲都會(huì)自動(dòng)返回到控制基地。我知道這聽起來(lái)像科幻小說(shuō)，但我們實(shí)際上正在努力實(shí)現(xiàn)它。

你覺得這些生活機(jī)器人何時(shí)會(huì)對(duì)實(shí)際的實(shí)際應(yīng)用有用？

根據(jù)目前人造板蟲的進(jìn)展情況，我認(rèn)為在5年內(nèi)我們將能夠使用人造板蟲進(jìn)行一些實(shí)際的應(yīng)用。當(dāng)然，我不是指搜救任務(wù)，因?yàn)槲覀冃枰嗟臅r(shí)間。

你接下來(lái)做什么？

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(lái)機(jī)器昆蟲也能像自動(dòng)駕駛汽車一樣完成任務(wù)。

對(duì)于真正的應(yīng)用，我們需要維持電子人的昆蟲（主要是電子背包）的電源供應(yīng)，如果我們依靠電池，目前這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此，我們正在開發(fā)一種生物燃料電池，它能夠?qū)⒗ハx內(nèi)部的生物燃料轉(zhuǎn)換為電流來(lái)運(yùn)行控制背包。這將有助于保持長(zhǎng)期使用的背包電源。

Tat Thang Vo Doan，Melvin Y.W.“一種超輕量和活的腿式機(jī)器人” 來(lái)自新加坡南洋理工大學(xué)的Tan，Huan Hien Bui和Hirotaka Sato在《軟機(jī)器人》雜志上發(fā)表。