變成半機(jī)械

拯救全世界

在《星際迷航》中，博格人（Borg）是半有機(jī)物半機(jī)械的賽博格，身體上裝配有大量人造器官及機(jī)械，能夠同化其他種族的生物和科技特征。

如果博格飛船上有蟲子，那或許是半機(jī)械蟑螂的模樣。

注：以下內(nèi)容可能會引起身體不適或心情不快，不建議在吃飯時(shí)瀏覽。

天降大任于蟑螂

馬達(dá)加斯加蟑螂，成年時(shí)長到 6 厘米（2.4 英寸），有「攀爬好手」之名，當(dāng)感覺有危險(xiǎn)時(shí)，它會讓空氣快速通過背部的孔從而發(fā)出嘶鳴聲。

科學(xué)家從它們的偉岸身姿上，看到了它們「進(jìn)化」成半機(jī)械昆蟲的潛力。

由日本理化學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了一個(gè)遠(yuǎn)程無線控制蟑螂的系統(tǒng)，近日將成果發(fā)表在科學(xué)期刊 npj Flexible Electronics。

圖片來自：CNET

首先，研究人員用特別設(shè)計(jì)的「背包」，將無線腿控模塊和鋰聚合物電池連接到蟑螂胸部，電脈沖可以刺激蟑螂的神經(jīng)系統(tǒng)，控制它朝左或朝右移動。

「背包」根據(jù)模型蟑螂的身體建模并用彈性聚合物 3D 打印，完美貼合蟑螂曲面，能在胸部固定一個(gè)多月。

而發(fā)送和接收信號需要有持續(xù)的供電，否則當(dāng)電池耗盡電量，蟑螂就能自由來去，畫面令人血壓飆升。

所以，研究團(tuán)隊(duì)又在蟑螂腹部安裝了給電池充電的超薄太陽能電池模塊，讓它逃不出手掌心。其功率輸出達(dá)到 17.2 mW，比目前最先進(jìn)的活體昆蟲能量收集裝置高出約 50 倍。

考慮到腹部在運(yùn)動時(shí)的變形，不讓太陽能電池模塊阻礙蟑螂的正常行動，研究團(tuán)隊(duì)測試了許多種電子薄膜，最終采用了比人類頭發(fā)細(xì)約 17 倍的 0.004 mm 薄膜，它大約可在蟑螂的腹部粘附一個(gè)月。

這也是本次研究比起半機(jī)械昆蟲前輩的長處——在更長的時(shí)間內(nèi)控制蟑螂。

當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒，你就可以用無線遙控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程對蟑螂為所欲為了。按下按鈕，你讓它向右轉(zhuǎn)，它絕不向左。

研究團(tuán)隊(duì)指出，有朝一日，這些蟑螂可以用來監(jiān)測環(huán)境或?yàn)?zāi)后搜索救援，抵達(dá)人類難以觸及的地方。

但目前的研究成果只有無線運(yùn)動控制系統(tǒng)，還沒有配備傳感器和攝像頭。其中，攝像頭需要更多的電力，就算能夠使用，分辨率也會非常低。

所以，現(xiàn)在只能給你快意恩仇的掌控感，或者用來嚇唬被蒙在鼓里的朋友。

因?yàn)橛辛顺√柲茈姵兀磥砦覀冞€可以期待更多昆蟲加入，研究團(tuán)隊(duì)看好甲蟲和蟬。

想象一下，當(dāng)人類談笑間指揮一支半機(jī)械昆蟲隊(duì)伍，這場面將是多么壯觀。當(dāng)然，前提是它們不會失去控制。

不過，蟑螂的行動違背了自我意愿，這個(gè)過程是否很痛苦？研究人員指出，根據(jù)與昆蟲有關(guān)的研究，蟑螂不會感到疼痛。再說了，廣東蟑螂很擔(dān)心你，你不一定很擔(dān)心它。

人才輩出的半機(jī)械蟑螂界

再來看看半機(jī)械蟑螂的「前浪」們，個(gè)個(gè)非等閑之輩。

早在 2012 年，北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員就對蟑螂下手了，主角同樣是大型馬達(dá)加斯加蟑螂。

圖片來自：North Carolina State University

當(dāng)微控制器連接到蟑螂的觸角和后部感覺器官，產(chǎn)生的電荷會使蟑螂認(rèn)為它撞到了什么東西，或者遇到了什么威脅，從而移動到你想讓它去的方向，甚至走出一個(gè)規(guī)劃好的曲線。

蟑螂可能以為這是它的自由意志，實(shí)則被人類遠(yuǎn)程控制。而人類對它的期待是，在狹小的空間里尋找災(zāi)難幸存者。

2018 年，康涅狄格大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種微電路，控制蟑螂的方式也是讓蟑螂相信自己遇到了障礙。

相比前人的進(jìn)步在于，微電路實(shí)現(xiàn)了對半機(jī)械昆蟲更可靠和精確的控制。

具體來說，它能夠檢測蟑螂的 6 度自由運(yùn)動、線性和旋轉(zhuǎn)加速度，以及周圍的環(huán)境溫度，因?yàn)榄h(huán)境溫度也會影響昆蟲移動的方式和位置。

圖片來自：the Dutta Lab

康涅狄格大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授 Dutta 對它寄予厚望：從搜索、救援到國防，半機(jī)械昆蟲有大量有用的應(yīng)用，但現(xiàn)在仍處于「幼蟲」階段，它未來的高科技兄弟可能會拯救你的生命。

半機(jī)械蟑螂還有更多的使命。2013 年前后，神經(jīng)科學(xué)家 Greg Gage 推出了「蟑螂意念控制器」RoboRoach，將其作為教育體驗(yàn)，幫助學(xué)生初步了解神經(jīng)回路。

蟑螂手術(shù)用具 .

世界上有太多無法治愈的神經(jīng)疾病，學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)又有一定門檻，RoboRoach 這類工具是為了讓學(xué)生在更早的年齡學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)，他們中或許有人能成為解決問題的科學(xué)家和工程師。

讓蟑螂戴好控制單元、電池和電極，學(xué)生可以通過免費(fèi)的手機(jī)應(yīng)用，微刺激蟑螂的觸角神經(jīng)，短暫地?zé)o線控制蟑螂的左右運(yùn)動，并記錄活的神經(jīng)系統(tǒng)組織的變化。

Greg Gage 表示，對蟑螂來說，這不是一個(gè)很痛苦的體驗(yàn)，它們適應(yīng)得也很快。簡言之，沒有一只蟑螂在實(shí)驗(yàn)中受到傷害。

當(dāng)你將蟑螂放回籠子約 20 分鐘時(shí)，它們會「忘記」剛才的經(jīng)歷，然后刺激再次起作用；大約 2 到 7 天后，刺激會完全失效，蟑螂不再聽你擺布，可以「功成身退」了。

需要提醒一下，假如你想要購買 RoboRoach，蟑螂并不捆綁發(fā)售，但可以單獨(dú)訂購南美蟑螂，一盒三只。

論蟑螂的多種用法

不負(fù)「打不死的小強(qiáng)」之名，在半機(jī)械蟑螂之外，蟑螂還有許多種用法。

先來說說你或許最不能接受的一種。

奉俊昊《雪國列車》里用蟑螂做的蛋白質(zhì)塊，形象地體現(xiàn)了底層居民的生存狀態(tài)。昆蟲富含蛋白質(zhì)，蟑螂繁殖能力又強(qiáng)，如果真的別無選擇了，作為末日口糧未嘗不可。

據(jù)說奉俊昊的要求是，蛋白質(zhì)塊要像蟑螂翅膀般黑色但透亮。它實(shí)際由海帶和糖制作而成，很多演員盡管知情，但對這種黏軟的物體仍然難以下咽。

蛋白質(zhì)塊只是演戲，現(xiàn)實(shí)里卻真的存在「蟑螂面包」。

2017 年，巴西的研究人員推出了一種蛋白質(zhì)增強(qiáng)面包，這種面包富含干燥、粉碎和過篩的灰質(zhì)蟑螂，結(jié)論是「使用灰質(zhì)蟑螂面粉，是一種在不改變感官質(zhì)量的情況下豐富小麥面包的有效方法」。

光啃面包不免口干舌燥，不如喝杯「蟑螂奶」原湯化原食。是的很不幸，「蟑螂奶」也是真實(shí)存在的。

2018 年 6 月有報(bào)道稱，所謂的「蟑螂奶」主要來源于太平洋甲蟲蟑螂體內(nèi)的一種結(jié)晶體，「蟑螂奶」的蛋白質(zhì)是一般牛乳的 4 倍，還包含了促進(jìn)生長的氨基酸和人體所需的脂肪和糖類。

不過，從蟑螂體內(nèi)提取分泌物要比奶牛擠奶要難得多，研究人員需要剖開雌性蟑螂的腹部，取出胚胎和內(nèi)臟，再用移液管抽出結(jié)晶狀的分泌物，1000 只蟑螂才能制成 100 g「蟑螂奶」。

就算有了《荒野求生》貝爺?shù)拇笮呐K，嘗試還得冒風(fēng)險(xiǎn)，目前還沒完全證明「蟑螂奶」對人體完全無害。

和蟑螂搏斗的過程里，我們大概都能領(lǐng)會，蟑螂的運(yùn)動能力不可小覷。

這種天賦是很多科學(xué)家的「繆斯」，就像加州大學(xué)伯克利分校教授 Robert Full 所說，「基于進(jìn)化的古老工程，建造明天的機(jī)器人」。

比如，當(dāng)蟑螂穿過微小的裂縫時(shí)，可以將身體擠壓到僅兩個(gè)硬幣高，承受 900 倍于體重的力。通過研究這種「極端表現(xiàn)」，以及蟑螂靈活的外骨骼和多刺的腿，哈佛大學(xué)博士后研究員 Kaushik Jayaram 設(shè)計(jì)了手掌大小的機(jī)器人 CRAM。

CRAM 是一種具有鉸接機(jī)構(gòu)的可壓縮機(jī)器人，能夠擠入并穿過只有它一半高度的裂縫，未來可在龍卷風(fēng)、地震和爆炸造成的廢墟中搜索和救援。

蟑螂腿則為人類假肢提供了思路，它們的彈性力學(xué)啟發(fā)了機(jī)械手抓握動作的設(shè)計(jì)。

哈佛大學(xué)生物機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)研究便是參考蟑螂腿，制造出「沿著物體滑動直到包裹住物體」的手，類似于我們舉起咖啡杯。

蟑螂已生存了 3 億多年，和恐龍?jiān)硖幫粫r(shí)代，現(xiàn)在還在污水管道、垃圾場等病原體密集的地方安居樂業(yè)，頑強(qiáng)的生命力絕非偶然。所以，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，蟑螂亦有造詣。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蟑螂檢測到潛在的有害微生物時(shí)，它們的身體會產(chǎn)生阻止病原體的蛋白質(zhì)。

在過去的十年里，科學(xué)家們已經(jīng)成功地分離出各種蟑螂產(chǎn)生的抗菌蛋白，并測試了它們對抗鏈球菌、大腸桿菌、沙門氏菌等細(xì)菌感染的能力。打個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋确剑肟赡苁俏覀儭笇钩壖?xì)菌所需要的超級細(xì)菌」。

圖片來自：scienceline

蟑螂確實(shí)有許多用處，但偶遇時(shí)還是讓人起雞皮疙瘩，當(dāng)事人殺心大起，手執(zhí)拖鞋，伴有頭皮發(fā)麻、汗毛林立的癥狀。

研究是研究，生活是生活，我們不必喜歡蟑螂。或許正如 Kaushik Jayaram 說的那樣：

「我不希望我的背包、臥室或食物旁邊有蟑螂。我不認(rèn)為蟑螂很可愛，但它們創(chuàng)造了一個(gè)偉大的科學(xué)模型。從廣義上講，大自然擁有龐大的設(shè)計(jì)理念庫。」