為何要製作機械昆蟲?

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麻省理工學院研究人員正研發螢火蟲機械人,未來希望可以為太空植物授粉。 圖片來源:mit.edu

機械人工程師正研發以蒼蠅及螢火蟲為藍本的微型機械人,甚至改造出半機械蟑螂(Cyborg),希望未來能協助災難搜索及救援、為太空植物授粉及發現氣體洩漏危險。

據「華盛頓郵報」報道,機械人工程師開始在昆蟲世界找尋靈感,有些試行「蟲機合一」,在活昆蟲身上加裝機械零件,或是將飛蛾觸角等昆蟲的身體部分連接上機械。一些則是仿照昆蟲移動及飛行方式,例如蜜蜂及螢火蟲,製作出更靈活的微型機械。

不過,其實在 10 到 15 年前甚少有實驗室從事這類研究。麻省理工學院電機工程系教授 Kevin Chen 指出:「坦白說,在 10 年前的話,我認為這聽起來更像科幻小說。」但因為技術更為進步,更多研究人員開始加入這個領域。Chen 提到大部分發展都由碳纖維及激光技術改進所推動,因可以在細小範圍內製造出「非常精細的特定細節及複雜的結構」。加上有賴於智能電話及手錶的研發,電子感應器變得愈來愈小,性能愈來愈好,而且製造技術更為進步,更易製作出微小零件。小型電池技術也不斷有所改善,但體積仍有待變得更細,電量亦需要增強。

理化學研究所染谷薄膜素子研究室研究員福田憲二郎的團隊,則將 3D 打印的感應器綁在馬達加斯加蟑螂(Madagascar hissing cockroach)身上。團隊同時為其裝上太陽能電池,連接可遙距控制的藍牙感應器,透過刺激電極裝置向蟑螂發送微小刺擊,控制其向左或向右走。

福田預計,這些半機械蟑螂可以幫助應對緊急情況,例如地震後,生還者可能被困廢墟,但搜救人員未能發現。遙距控制放在瓦礫中的蟑螂,透過安裝在其身上的二氧化碳感應器及鏡頭,就有助找到被困者。福田指這種方法可應用於甲蟲及蟬等具有大殼的昆蟲上,不過仍需要再改善電池設計,以及評估昆蟲身上儀器會消耗多少電量。

至於 Chen 目前則正製造螢火蟲機械人,可以模仿螢火蟲移動、通訊及飛行的方式。鑑於螢火蟲可以發光及交流,是因為電致發光(electroluminescence),Chen 的團隊製作出柔軟的人造肌肉,用於控制機械人翅膀,並可在飛行過程中發出彩色光。這可以令一群機械昆蟲互相通訊,並可用於為垂直農場甚至太空中的農作物授粉。

華盛頓大學自主昆蟲機械人實驗室總監 Sawyer B. Fuller 的團隊亦正研發可用於搜索及救援任務的機械蒼蠅。它們會到處飛,尋找空氣中的化學物質洩漏或管道基礎設施的裂縫。但 Fuller 坦言,要製成可實際操作的機械人,仍有很長一段路要走,困難在於要讓機械蒼蠅順利移動及收集數據,再發送回團隊,以及需要使感應器、電源及其他所需零件縮到最小。他認為,半機械昆蟲或是研究人員的最佳選擇,「選取生物學中好的部分,然後讓機械完成其餘的工作」。