半机械昆虫来袭

程醉

蜜蜂可以帮助人们传播花粉，让植物得以丰收；蚯蚓可以帮助人们疏松土壤，让植物更好地生长……于是，我们开始不断研究仿生虫型机器人，但仿生虫型机器人终究无法完全具备昆虫的灵活性、机动性和持久性。于是，人类便萌生出了对昆虫进行半机械改造，让它们能够听从命令而行动的想法。

半机械昆虫也称赛博格昆虫，即半人半机器的生物。

“打不死的小强”素来以生命力顽强而著称，所以科学家最先的改造对象就是它。不過，改造对象并不是我们常见的蟑螂，而是马达加斯加发声蟑螂。马达加斯加发声蟑螂成虫的体长为5至8厘米，体型肥硕粗壮，翅膀已经完全退化。更有意思的是，它们能够利用自身特殊的呼吸孔，通过排气发出一种类似于嘶吼的声音。

科学家之所以选择马达加斯加发声蟑螂，主要是因为它的体型足够大，方便研究和操作。

大脑

接下来，科学家需要研制可以遥控的微型计算机，用来给马达加斯加发声蟑螂发布指令，并且还要给这台微型计算机提供工作的电源。更为重要的是，科学家要思考如何才能让这个微型计算机安全有效地整合到马达加斯加发声蟑螂的身体中。

起初，科学家希望通过微型计算机发出的电脉冲信号直接控制马达加斯加发声蟑螂的大脑，再由马达加斯加发声蟑螂的大脑根据人类的命令发出指令，进而完成行动。按照被改造的马达加斯加发声蟑螂的体型，科学家为其量身定制了一个“背包”，搭载着控制系统。

接着，科学家用银线将微型计算机与马达加斯加发声蟑螂的触角连接在一起。随后，微型计算机发射模拟遇到障碍的电脉冲信号，马达加斯加发声蟑螂便会以为前方出现了障碍物，于是开启躲避、逃逸机制。科学家向其右边的触角发射信号，马达加斯加发声蟑螂就会向左转；向其左边的触角发射信号，马达加斯加发声蟑螂就会向右转。

然而，由这种方式改造而成的半机械马达加斯加发声蟑螂很快便出现了问题。首先，科学家无法控制半机械马达加斯加发声蟑螂的速度；其次，半机械马达加斯加发声蟑螂经常会发生不明原因的行为紊乱，比如原地打转、步履蹒跚等。

同时，半机械马达加斯加发声蟑螂的“背包”设计很不成熟。马达加斯加发声蟑螂在运动时，其腹部会发生变形，部分外骨骼会重叠在一起，导致这款“背包”经常出现脱落的情况。

肌肉

科学家只好另辟蹊径。这一次，他们把目光投向体型更大的巨大花潜金龟。巨大花潜金龟是鞘翅目的一种大型昆虫，主要分布于非洲中部地区，成年雄虫的最大体长可达11厘米。

科学家研究发现，相比于控制昆虫的大脑进而控制昆虫的行动，直接控制昆虫的肌肉似乎更方便，也更简单。科学家在巨大花潜金龟前足的八块肌肉上，分别植入八对电极。通过电极对其肌肉进行不同程度的电刺激，巨大花潜金龟的足就会按照人类的指令，抬高、降低、伸展和回缩。

不过，要让巨大花潜金龟按照科学家的命令行动，还需要更复杂的操作。比如，要请动物仿生学专家弄清楚在自然条件下行动时，巨大花潜金龟八对足的运动顺序，然后才能按照需要设定电流对其足刺激的顺序，以便完成指令。

同时，科学家采用3D打印技术，使用弹性聚合物给巨大花潜金龟定制了一款用于搭载控制系统的“背包”。据说，新式“背包”基本上符合预期设计，能够在巨大花潜金龟的背上固定较长时间。

大体上来说，科学家对巨大花潜金龟的半机械改造是成功的。实验结果显示，单只雄性巨大花潜金龟除了自身携带的控制系统之外，最多还能背负500毫克的重物。

动力

要想控制半机械昆虫，科学家必须不断对其进行电刺激。而如何对半机械昆虫的控制系统持续供电，仍然是科学家面对的棘手问题之一。

燃料电池不但体积巨大，而且很重，对昆虫显然不太适用。科学家最初是在昆虫体内植入一个收集其体液的装置，装置内的酶可以将体液转化成葡萄糖，为燃料电池提供动力。但目前，科学家改变了做法，他们使用一种超薄的柔性太阳能电池，并让其附着于昆虫的背部，从而为控制系统供电。

这种柔性太阳能电池的厚度仅为4000纳米，重量几乎可以忽略不计。由于柔性太阳能电池自身能够随意弯曲，所以不会影响昆虫的行动。更重要的是，柔性太阳能电池的输出功率比体液转化电池的功率高出数十倍。

相对微型仿生机器人来说，昆虫本身就是一个非常完美的成品。因此，半机械昆虫不需要发动机和燃料，动力由自己产生，也不需要微加工技术和各种复杂的代码，只需要专注于人工控制系统，所以成本低廉。随着半机械昆虫技术的日益成熟，半机械蜻蜓、半机械蝉、半机械蚂蚁等未来可能都会出现在我们面前，在人类的情报侦察、灾难搜救等工作中发挥特殊的作用。