姓名：张安琪  学号：17021211235

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【嵌牛导读】：给甲壳虫背个“背包”，它就能自动执行搜救任务了？

【嵌牛鼻子】：活体甲壳虫、机器人

【嵌牛提问】：甲壳虫搜救机器人怎样搜救？

【嵌牛正文】：

近些年来，许多机器人都在忙着从动物身上取经，学习它们的敏捷、高效和各种技能。从某些能力上来看，有些机器人已经快追上动物了，不过我们依然在追逐完美的道路上不断前行。

研发人员有时会在机器人的设计中用到生物学（如许多长得像动物的仿生机器人），不过他们还有一种更直接的方式，那就是直接以生物为基础打造机器人。此前，我们就见识过在类似指导原则下打造的飞行昆虫（半机器半昆虫），但今天这款来自新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University，简称NTU）的机器甲壳虫则更加炫酷，它不但是世界上最小的机器昆虫，也是市面上可控性最强的产品。

在一篇论文中，该研究小组对他们的新作品进行了详细的介绍，下面一段就是他们的核心观点：

“将活体昆虫当成平台来开发活生生的混合型机器人是绝对可行的。这样的机器人不但能保留昆虫坚硬的外骨骼、柔性关节、柔性致动器和运动能力，还能提升产品的操控性并降低功耗。研究人员会以活体昆虫为平台，在它身上加装微型电子设备对其进行控制。这样的解决方案让研发者直接跳过了复杂的机器人本体设计，同时昆虫的肌肉系统成了柔性致动器，而神经系统则成了控制系统的一部分。”

通过比较，研究人员最终选择了黑甲虫，它体型小（2-2.5 厘米）重量轻（0.5 克），可以存活三个月左右，在昆虫界黑甲虫已经算是长寿的了。随后，研究人员会给黑甲虫背上一个“背包”，这个电子元器件会通过天线连上甲虫的触须。当天线发出电子脉冲时，就会激活昆虫自己的躲避机制，逼迫昆虫赶紧转向。

这样的做法（与那种直接控制昆虫神经或肌肉的做法恰恰相反）有自己的优势，即甲壳虫的灵魂并没有被人完全的夺走，它还能通过自己的大脑控制肢体，这样一来机器人的运动能力就变得更强了。由于“背包”里只有两颗纽扣电池，因此人类最多控制机器甲壳虫 8 小时，不过这也够它跑上整整一公里了。

那么，想利用这些方式高效的控制甲壳虫，关键是什么呢？答案是天线刺激不可采用二进制，因为这样的控制命令过于粗糙，几乎不可用。通过改变刺激的频率，研究人员就能调节甲壳虫的运动幅度。此外，提升频率后甲壳虫转弯的可能性就会提高，成功率超过 85%。有趣的是，如果同时刺激两根触须，甲壳虫就会倒退。

为了获得更多相关细节，IEEE Spectrum 对论文的第一作者 Tat Thang Vo Doan 进行了采访，雷锋网进行了不改变原意的编译，采访全文如下：

IEEE：你们的活体甲壳虫机器人与此前出现的机器蟑螂等产品有什么不同？

Tat Thang Vo Doan：电刺激其实早已广泛应用在机器昆虫中了，有许多公司都在搞天线刺激技术，不过它们暂时无法控制昆虫的响应程度，而这对精准闭环控制系统的构建至关重要，毕竟没有它，机器昆虫就无法自主完成工作。

我们控制机器甲壳虫飞行和走路主要靠神经肌肉刺激。理想状态下，我们能完美的控制甲壳虫每条腿的动作幅度，但这样的目标实现起来计算和模拟的工作量都非常大。天线刺激更加简单，因为它不用分别刺激昆虫的每一条肌肉，因此能简化硬件和控制系统。在不久的将来，希望我们能达到理想状态。

IEEE：它能与 Draper 的蜻蜓计划一较高下吗？

Tat Thang Vo Doan：基于光基因技术的机器蜻蜓采用神经刺激方法，确实是展示过最小的机器昆虫。虽然光基因技术相当火热，但它需要转基因处理，因此我们无法确定这种技术能否实现对昆虫动作的精确控制。不过，我们希望 Draper 的机器蜻蜓能一飞冲天，未来与其他机器昆虫一起担负起搜救任务。

在我们看来，世界上没有完美的机器昆虫，它们都有各自的优劣之处。未来，最好它们能通力合作，取长补短，在搜救行动中更高效的完成任务。

IEEE：为什么要选择黑甲虫？

Tat Thang Vo Doan：首先还是因为它的体型，在灾害现场，这种小家伙能到达任何地方，而蟑螂或巨型甲虫可能就会被卡住。此外，与其他不同体型的机器昆虫共同使用，就能扩大搜索覆盖率并提升救援精度和效率。

IEEE：这样的小家伙怎么携带传感器？远距离还能控制吗？

Tat Thang Vo Doan：我们可以将内置传感器整合进它的“背包”中，要知道昆虫可以背动它自身两倍重量的物体。此外，我们正在开发方便人类探测和导航的新型背包，在灾区穿行的机器甲壳虫能利用背包帮救援人员尽快发现生命，同时背包还能让它们自主完成搜救任务。

如果灾情严重，我们可以释放上百个飞行或爬行的机器昆虫（大规模量产后机器昆虫价格会大幅下降）。机器昆虫可以自由的在坍塌的建筑中穿行，并回传它们所处位置的地图与环境状况，这样一来救援队就能更精准的制定救援计划，毕竟救灾时时间就是金钱。

一旦机器昆虫在废墟中发现生命迹象，它会向救援队发送紧急信号，随后切换到自动控制模式，在受伤者周围兜圈圈来确认并绘制周边环境的地图。救援行动结束后，所有的机器昆虫都会自动返回控制中心。虽然听起来像科幻小说，但我们确实在努力将它变成现实。

IEEE：这样的机器昆虫什么时候才能实地应用呢？

Tat Thang Vo Doan：从现在的进度来看，我认为五年内它们就能派上用场了。当然，这里说的并非执行搜救任务，这难度还算是有点大。

IEEE：你们下一步要做什么？

Tat Thang Vo Doan：我们现在正在打造一套反馈控制系统，它是精确控制昆虫动作的可靠性保证。此外，我们还在为“背包”整合导航系统与环境传感器，未来机器昆虫也能像自动驾驶汽车一样完成任务。

在现实应用中，我们得保证机器昆虫的能源供给，如果只靠电池，挑战可是相当巨大。因此，我们正在开发生物燃料电池，它能将昆虫体内的生物燃料转化成电能来驱动“背包”。