天降大任于蟑螂

Callejon

　   馬達(dá)加斯加蟑螂，成年時(shí)長(zhǎng)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(huì)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(guó)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(dòng),。

　　‘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(hào)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(dòng)時(shí)的變形，不讓太陽能電池模塊阻礙蟑螂的正常行動(dòng),，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)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(zhǎng)處——在更長(zhǎng)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(duì)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(cè)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(dòng)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(huì)非常低,。

　　因?yàn)橛辛顺�薄太陽能電池，未來我們還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(chǎng)面將是多么壯觀,。當(dāng)然，前提是它們不會(huì)失去控制,。

　　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(duì)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(huì)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(dòng)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(duì)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(duì)半機(jī)械昆蟲更可靠和精確的控制。

　　具體來說,，它能夠檢測(cè)蟑螂的 6 度自由運(yùn)動(dòng),、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(huì)影響昆蟲移動(dòng)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(duì)它寄予厚望：從搜索、救援到國(guó)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(huì)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(dòng)，并記錄活的神經(jīng)系統(tǒng)組織的變化,。

　　Greg Gage 表示,，對(duì)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(jiǎn)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(huì)‘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(huì)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(gòu)買 RoboRoach,，蟑螂并不捆綁發(fā)售,，但可以單獨(dú)訂購(gòu)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(guó)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(duì)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(zhǎng)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(duì)人體完全無害,。

　　和蟑螂搏斗的過程里，我們大概都能領(lǐng)會(huì),，蟑螂的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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)�身處同一時(shí)代,，現(xiàn)在還在污水管道、垃圾場(chǎng)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(cè)到潛在的有害微生物時(shí),，它們的身體會(huì)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(cè)試了它們對(duì)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�,，蟑螂可能是我們‘�?duì)抗超級(jí)細(xì)菌所需要的超級(jí)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�,！�

機(jī)加李生

細(xì)思極恐,，這是人干的事嗎

鄀都

火星異種？,？

陳大餅吖

機(jī)械飛升,。

jiangssli

蟑螂火燒以后蛋白質(zhì)豐富，可以治療厭食癥