把蟑螂变成「赛博格」,未来人类可能靠它拯救

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09-12 18:10

在《星际迷航》中,博格人(Borg)是半有机物半机械的赛博格,身体上装配有大量人造器官及机械,能够同化其他种族的生物和科技特征。

如果博格飞船上有虫子,那或许是半机械蟑螂的模样。

注:以下内容可能会引起身体不适或心情不快,不建议在吃饭时浏览。

天降大任于蟑螂

马达加斯加蟑螂,成年时长到 6 厘米(2.4 英寸),有「攀爬好手」之名,当感觉有危险时,它会让空气快速通过背部的孔从而发出嘶鸣声。

科学家从它们的伟岸身姿上,看到了它们「进化」成半机械昆虫的潜力。

由日本理化学研究所领导的一个国际研究团队,设计了一个远程无线控制蟑螂的系统,近日将成果发表在科学期刊 npj Flexible Electronics

▲ 图片来自:CNET

首先,研究人员用特别设计的「背包」,将无线腿控模块和锂聚合物电池连接到蟑螂胸部,电脉冲可以刺激蟑螂的神经系统,控制它朝左或朝右移动。

「背包」根据模型蟑螂的身体建模并用弹性聚合物 3D 打印,完美贴合蟑螂曲面,能在胸部固定一个多月。

而发送和接收信号需要有持续的供电,否则当电池耗尽电量,蟑螂就能自由来去,画面令人血压飙升。

所以,研究团队又在蟑螂腹部安装了给电池充电的超薄太阳能电池模块,让它逃不出手掌心。其功率输出达到 17.2 mW,比目前最先进的活体昆虫能量收集装置高出约 50 倍。

考虑到腹部在运动时的变形,不让太阳能电池模块阻碍蟑螂的正常行动,研究团队测试了许多种电子薄膜,最终采用了比人类头发细约 17 倍的 0.004 mm 薄膜,它大约可在蟑螂的腹部粘附一个月。

这也是本次研究比起半机械昆虫前辈的长处——在更长的时间内控制蟑螂。

当一切准备就绪,你就可以用无线遥控系统,远程对蟑螂为所欲为了。按下按钮,你让它向右转,它绝不向左。

研究团队指出,有朝一日,这些蟑螂可以用来监测环境或灾后搜索救援,抵达人类难以触及的地方。

但目前的研究成果只有无线运动控制系统,还没有配备传感器和摄像头。其中,摄像头需要更多的电力,就算能够使用,分辨率也会非常低。

所以,现在只能给你快意恩仇的掌控感,或者用来吓唬被蒙在鼓里的朋友。

因为有了超薄太阳能电池,未来我们还可以期待更多昆虫加入,研究团队看好甲虫和蝉。

想象一下,当人类谈笑间指挥一支半机械昆虫队伍,这场面将是多么壮观。当然,前提是它们不会失去控制。

不过,蟑螂的行动违背了自我意愿,这个过程是否很痛苦?研究人员指出,根据与昆虫有关的研究,蟑螂不会感到疼痛。再说了,广东蟑螂很担心你,你不一定很担心它。

人才辈出的半机械蟑螂界

再来看看半机械蟑螂的「前浪」们,个个非等闲之辈。

早在 2012 年,北卡罗来纳州立大学的研究人员就对蟑螂下手了,主角同样是大型马达加斯加蟑螂。

▲ 图片来自:North Carolina State University

当微控制器连接到蟑螂的触角和后部感觉器官,产生的电荷会使蟑螂认为它撞到了什么东西,或者遇到了什么威胁,从而移动到你想让它去的方向,甚至走出一个规划好的曲线。

蟑螂可能以为这是它的自由意志,实则被人类远程控制。而人类对它的期待是,在狭小的空间里寻找灾难幸存者。

2018 年,康涅狄格大学研究团队创造了一种微电路,控制蟑螂的方式也是让蟑螂相信自己遇到了障碍。

相比前人的进步在于,微电路实现了对半机械昆虫更可靠和精确的控制。

具体来说,它能够检测蟑螂的 6 度自由运动、线性和旋转加速度,以及周围的环境温度,因为环境温度也会影响昆虫移动的方式和位置。

▲ 图片来自:the Dutta Lab

康涅狄格大学电气和计算机工程助理教授 Dutta 对它寄予厚望:从搜索、救援到国防,半机械昆虫有大量有用的应用,但现在仍处于「幼虫」阶段,它未来的高科技兄弟可能会拯救你的生命。

半机械蟑螂还有更多的使命。2013 年前后,神经科学家 Greg Gage 推出了「蟑螂意念控制器」RoboRoach,将其作为教育体验,帮助学生初步了解神经回路。

▲ 蟑螂手术用具.

世界上有太多无法治愈的神经疾病,学习神经科学又有一定门槛,RoboRoach 这类工具是为了让学生在更早的年龄学习神经科学,他们中或许有人能成为解决问题的科学家和工程师。

让蟑螂戴好控制单元、电池和电极,学生可以通过免费的手机应用,微刺激蟑螂的触角神经,短暂地无线控制蟑螂的左右运动,并记录活的神经系统组织的变化。

Greg Gage 表示,对蟑螂来说,这不是一个很痛苦的体验,它们适应得也很快。简言之,没有一只蟑螂在实验中受到伤害。

当你将蟑螂放回笼子约 20 分钟时,它们会「忘记」刚才的经历,然后刺激再次起作用;大约 2 到 7 天后,刺激会完全失效,蟑螂不再听你摆布,可以「功成身退」了。

需要提醒一下,假如你想要购买 RoboRoach,蟑螂并不捆绑发售,但可以单独订购南美蟑螂,一盒三只。

论蟑螂的多种用法

不负「打不死的小强」之名,在半机械蟑螂之外,蟑螂还有许多种用法。

先来说说你或许最不能接受的一种。

奉俊昊《雪国列车》里用蟑螂做的蛋白质块,形象地体现了底层居民的生存状态。昆虫富含蛋白质,蟑螂繁殖能力又强,如果真的别无选择了,作为末日口粮未尝不可。

据说奉俊昊的要求是,蛋白质块要像蟑螂翅膀般黑色但透亮。它实际由海带和糖制作而成,很多演员尽管知情,但对这种黏软的物体仍然难以下咽。

蛋白质块只是演戏,现实里却真的存在「蟑螂面包」。

2017 年,巴西的研究人员推出了一种蛋白质增强面包,这种面包富含干燥、粉碎和过筛的灰质蟑螂,结论是「使用灰质蟑螂面粉,是一种在不改变感官质量的情况下丰富小麦面包的有效方法」。

光啃面包不免口干舌燥,不如喝杯「蟑螂奶」原汤化原食。是的很不幸,「蟑螂奶」也是真实存在的。

2018 年 6 月有报道称,所谓的「蟑螂奶」主要来源于太平洋甲虫蟑螂体内的一种结晶体,「蟑螂奶」的蛋白质是一般牛乳的 4 倍,还包含了促进生长的氨基酸和人体所需的脂肪和糖类。

不过,从蟑螂体内提取分泌物要比奶牛挤奶要难得多,研究人员需要剖开雌性蟑螂的腹部,取出胚胎和内脏,再用移液管抽出结晶状的分泌物,1000 只蟑螂才能制成 100 g「蟑螂奶」。

就算有了《荒野求生》贝爷的大心脏,尝试还得冒风险,目前还没完全证明「蟑螂奶」对人体完全无害。

和蟑螂搏斗的过程里,我们大概都能领会,蟑螂的运动能力不可小觑。

这种天赋是很多科学家的「缪斯」,就像加州大学伯克利分校教授 Robert Full 所说,「基于进化的古老工程,建造明天的机器人」。

比如,当蟑螂穿过微小的裂缝时,可以将身体挤压到仅两个硬币高,承受 900 倍于体重的力。通过研究这种「极端表现」,以及蟑螂灵活的外骨骼和多刺的腿,哈佛大学博士后研究员 Kaushik Jayaram 设计了手掌大小的机器人 CRAM

CRAM 是一种具有铰接机构的可压缩机器人,能够挤入并穿过只有它一半高度的裂缝,未来可在龙卷风、地震和爆炸造成的废墟中搜索和救援。

蟑螂腿则为人类假肢提供了思路,它们的弹性力学启发了机械手抓握动作的设计。

哈佛大学生物机器人实验室的一项研究便是参考蟑螂腿,制造出「沿着物体滑动直到包裹住物体」的手,类似于我们举起咖啡杯。

蟑螂已生存了 3 亿多年,和恐龙曾身处同一时代,现在还在污水管道、垃圾场等病原体密集的地方安居乐业,顽强的生命力绝非偶然。所以,在医学领域,蟑螂亦有造诣。

研究发现,当蟑螂检测到潜在的有害微生物时,它们的身体会产生阻止病原体的蛋白质。

在过去的十年里,科学家们已经成功地分离出各种蟑螂产生的抗菌蛋白,并测试了它们对抗链球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等细菌感染的能力。打个不恰当的比方,蟑螂可能是我们「对抗超级细菌所需要的超级细菌」。

▲ 图片来自:scienceline

蟑螂确实有许多用处,但偶遇时还是让人起鸡皮疙瘩,当事人杀心大起,手执拖鞋,伴有头皮发麻、汗毛林立的症状。

研究是研究,生活是生活,我们不必喜欢蟑螂。或许正如 Kaushik Jayaram 说的那样:

「我不希望我的背包、卧室或食物旁边有蟑螂。我不认为蟑螂很可爱,但它们创造了一个伟大的科学模型。从广义上讲,大自然拥有庞大的设计理念库。」

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