全球首次！半機械蟑螂?yún)⑴c緬甸地震救援

新加坡的“半機械蟑螂”去緬甸救災(zāi)了？聽著有點科幻，但這是真的。2025年3月28日緬甸大地震，各國救援隊紛紛趕去，新加坡帶去的除了80個隊員、4條搜救犬，還有10只半機械蟑螂。

3月30日至4月3日，半機械蟑螂?yún)⑴c進行了兩次搜救行動，盡管最終沒有發(fā)現(xiàn)幸存者，但它們深入到搜救犬無法觸及的廢墟深處，提供了寶貴的探測數(shù)據(jù)。

緬甸地震中倒塌的建筑

消息傳出，有網(wǎng)友驚嘆于科技的力量，認為半機械蟑螂為未來地震救援開辟了新思路，能到達人類和傳統(tǒng)救援設(shè)備難以抵達的地方，大大提高救援效率；也有網(wǎng)友表示，雖然聽起來有些“驚悚”，但在災(zāi)難面前，只要能拯救生命，任何技術(shù)都值得嘗試。

廢墟中的考驗

這些半機械蟑螂由南洋理工大學的一間實驗室研發(fā)，馬達加斯加發(fā)聲蟑螂背上安裝一種微型電子背包，變身為“半機械化昆蟲”。微型電子背包里，有一塊主控制板、一個無線通信模塊和一塊小型可充電鋰電池。安裝電子背包需要極為小心，既要確保電子元件能正常運行，又不能影響昆蟲的自然活動。

這間實驗室開展“生物機器人”研究已有10年之久。早在2015年3月，《當代生物》（Current Biology）期刊就以實驗室研發(fā)的半機械化甲蟲為該期封面，對其原理和應(yīng)用做了詳細的報道。此后，半機械化昆蟲的研究和應(yīng)用得到大量關(guān)注。如何穿越復(fù)雜地形、挖掘其在地震等災(zāi)后協(xié)助救援的潛力等方向的研究論文迅速涌現(xiàn)。

一只馬達加斯加蟑螂改造的半機械昆蟲

在緬甸地震中，那些參與救援的“機甲戰(zhàn)士”展示了實驗室最新的研究成果，即半機械化昆蟲在完全未知和障礙密布的地形中如何自主導航。這種最新的“去中心化群體導航算法”，使得被“武裝”的昆蟲能夠自發(fā)協(xié)調(diào)行動。

所謂“去中心化群體導航算法”，就是昆蟲群不依賴中央控制調(diào)度，而是依靠昆蟲間的局部感知和合作，在沒有外部精確定位系統(tǒng)的情況下，完成群體協(xié)作任務(wù)。

研究團隊曾將這些半機械化昆蟲放入模擬的災(zāi)后廢墟復(fù)雜環(huán)境中，啟動導航算法，進行實驗。使用微弱的電流刺激蟑螂的左右觸角，這會讓蟑螂誤以為撞到了東西，進而朝相反的方向移動。當蟑螂停下來或放慢速度時，研究人員會通過刺激尾部的感覺器官催促它們繼續(xù)前進。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在算法作用下，“半機械化昆蟲部隊”能夠在復(fù)雜環(huán)境中完成任務(wù)。它們背著“背包”，悠閑地走過沙盤中的一條崎嶇道路。每只蟑螂似乎都在隨心所欲地移動，但它們巧妙地避開了瓦礫等障礙物，準確抵達目的地，沒有一只掉隊。

令人驚嘆的協(xié)作能力

讓一群昆蟲行動一致聽指揮其實不是那么簡單的事情。在機器人群體控制研究領(lǐng)域，通過模仿候鳥的隊形驅(qū)動機器人是比較主流的方向。然而應(yīng)用到“半機械昆蟲”身上時就會發(fā)現(xiàn)，一旦昆蟲被障礙物絆倒就很難恢復(fù)原來的姿態(tài)。如果昆蟲進行的是群體行動，還可能擠作一團無法前進。為了精確地控制它們，需要準確確定每只昆蟲的位置，但這將增加設(shè)備的尺寸，并會使昆蟲的行動受限。

實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵是，讓昆蟲能夠自覺地追隨人類的引導，就像跟團旅游時游客會自覺跟隨舉著小旗的導游移動一樣。研究團隊設(shè)計的“旅游團啟發(fā)控制”算法是最新研究成果的核心。此算法模仿了游客跟隨導游的行為，由一個昆蟲擔任領(lǐng)隊，其他昆蟲在后進行跟隨。

通過簡單的規(guī)則，讓昆蟲群體保持隊形并有效避開障礙。每只昆蟲的行動都會受到鄰近昆蟲的影響，它們在行進過程中會根據(jù)彼此之間的距離和方向不斷調(diào)整自己的方向。當一只昆蟲因障礙而減速時，其他昆蟲會本能地繞開它，形成一個自然的避讓機制。

多次實驗結(jié)果表明，半機械化昆蟲群體能夠有效地在未知障礙地形中導航，并成功抵達目標位置。“旅游團啟發(fā)控制”算法顯著減少了昆蟲之間的糾纏現(xiàn)象，提高了導航的安全性和效率。

此外，實驗室還創(chuàng)新性地利用昆蟲的自然本能和群體行為，有效地減少了昆蟲之間可能存在的干擾或者影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)健性和效率。這些突破性進展為半機械昆蟲在實際應(yīng)用中的大規(guī)模部署奠定了基礎(chǔ)。

?生物友好的技術(shù)突破?

值得一提的是，研究人員并未對昆蟲進行侵入性神經(jīng)改造。昆蟲攜帶的“背包”通過無線信號與昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)連接，控制者僅以微量電刺激引導其運動方向。

同時，控制信號也不會破壞昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，而是通過模擬自然的神經(jīng)信號來引導昆蟲執(zhí)行特定的動作。也就是說，昆蟲的基本生理功能和自然行為得以保留，其自主活動能力未被剝奪，僅在特定任務(wù)中接受行為引導，如同為生物體安裝了“智能導航系統(tǒng)”。

實驗數(shù)據(jù)還顯示，外部控制未顯著影響蟑螂的生存狀態(tài)。昆蟲在執(zhí)行任務(wù)期間并未表現(xiàn)出明顯的健康問題或壽命減少，活動雖然被控制，但它們依然能夠保持基本的生理活性。

半機械蟑螂用于地震救援

能實現(xiàn)生物友好的關(guān)鍵，在于昆蟲依然依賴其自然的運動能力和生理機能，電子設(shè)備只是輔助和引導它們?nèi)ネ瓿扇蝿?wù)，并未完全替代它們的自然反應(yīng)。因此，昆蟲在控制下的存活時間與它們自然的生理周期相似，且沒有受到顯著的影響。

后續(xù)，實驗室將致力于進一步提升半機械化昆蟲的自主定位能力。同時還將開發(fā)多場景應(yīng)用模型，包括物流倉儲巡檢、農(nóng)田病蟲害監(jiān)測及有毒環(huán)境勘探等，進一步挖掘技術(shù)在實際場景中的應(yīng)用潛力。

雖然半機械昆蟲要投入真正的“實戰(zhàn)”還需經(jīng)過許多考驗，但在緬甸地震的首次人道主義實踐已證明，這項“黑科技”正從實驗室加速走向現(xiàn)實。