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

3月30日至4月3日，半機(jī)械蟑螂?yún)⑴c進(jìn)行了兩次搜救行動(dòng)，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(cè)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(rèn)為半機(jī)械蟑螂為未來地震救援開辟了新思路，能到達(dá)人類和傳統(tǒng)救援設(shè)備難以抵達(dá)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(yàn)

這些半機(jī)械蟑螂由南洋理工大學(xué)的一間實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，馬達(dá)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(jī)械化昆蟲”。微型電子背包里，有一塊主控制板、一個(gè)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(yùn)行，又不能影響昆蟲的自然活動(dòng)。

這間實(shí)驗(yàn)室開展“生物機(jī)器人”研究已有10年之久。早在2015年3月，《當(dāng)代生物》（Current Biology）期刊就以實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的半機(jī)械化甲蟲為該期封面，對(duì)其原理和應(yīng)用做了詳細(xì)的報(bào)道。此后，半機(jī)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(dá)加斯加蟑螂改造的半機(jī)械昆蟲

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

所謂“去中心化群體導(dǎo)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(tuán)隊(duì)曾將這些半機(jī)械化昆蟲放入模擬的災(zāi)后廢墟復(fù)雜環(huán)境中，啟動(dòng)導(dǎo)航算法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用微弱的電流刺激蟑螂的左右觸角，這會(huì)讓蟑螂誤以為撞到了東西，進(jìn)而朝相反的方向移動(dòng)。當(dāng)蟑螂停下來或放慢速度時(shí)，研究人員會(huì)通過刺激尾部的感覺器官催促它們繼續(xù)前進(jìn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在算法作用下，“半機(jī)械化昆蟲部隊(duì)”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(dòng)，但它們巧妙地避開了瓦礫等障礙物，準(zhǔn)確抵達(dá)目的地，沒有一只掉隊(duì)。

令人驚嘆的協(xié)作能力

讓一群昆蟲行動(dòng)一致聽指揮其實(shí)不是那么簡單的事情。在機(jī)器人群體控制研究領(lǐng)域，通過模仿候鳥的隊(duì)形驅(qū)動(dòng)機(jī)器人是比較主流的方向。然而應(yīng)用到“半機(jī)械昆蟲”身上時(shí)就會(huì)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(jìn)行的是群體行動(dòng)，還可能擠作一團(tuán)無法前進(jìn)。為了精確地控制它們，需要準(zhǔn)確確定每只昆蟲的位置，但這將增加設(shè)備的尺寸，并會(huì)使昆蟲的行動(dòng)受限。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是，讓昆蟲能夠自覺地追隨人類的引導(dǎo)，就像跟團(tuán)旅游時(shí)游客會(huì)自覺跟隨舉著小旗的導(dǎo)游移動(dòng)一樣。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的“旅游團(tuán)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(dǎo)游的行為，由一個(gè)昆蟲擔(dān)任領(lǐng)隊(duì)，其他昆蟲在后進(jìn)行跟隨。

通過簡單的規(guī)則，讓昆蟲群體保持隊(duì)形并有效避開障礙。每只昆蟲的行動(dòng)都會(huì)受到鄰近昆蟲的影響，它們?cè)谛羞M(jìn)過程中會(huì)根據(jù)彼此之間的距離和方向不斷調(diào)整自己的方向。當(dāng)一只昆蟲因障礙而減速時(shí)，其他昆蟲會(huì)本能地繞開它，形成一個(gè)自然的避讓機(jī)制。

多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，半機(jī)械化昆蟲群體能夠有效地在未知障礙地形中導(dǎo)航，并成功抵達(dá)目標(biāo)位置?！奥糜螆F(tuán)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(dǎo)航的安全性和效率。

此外，實(shí)驗(yàn)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(jìn)展為半機(jī)械昆蟲在實(shí)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(duì)昆蟲進(jìn)行侵入性神經(jīng)改造。昆蟲攜帶的“背包”通過無線信號(hào)與昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)連接，控制者僅以微量電刺激引導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)方向。

同時(shí)，控制信號(hào)也不會(huì)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(hào)來引導(dǎo)昆蟲執(zhí)行特定的動(dòng)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(dòng)能力未被剝奪，僅在特定任務(wù)中接受行為引導(dǎo)，如同為生物體安裝了“智能導(dǎo)航系統(tǒng)”。

實(shí)驗(yàn)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(dòng)雖然被控制，但它們依然能夠保持基本的生理活性。

半機(jī)械蟑螂用于地震救援

能實(shí)現(xiàn)生物友好的關(guān)鍵，在于昆蟲依然依賴其自然的運(yùn)動(dòng)能力和生理機(jī)能，電子設(shè)備只是輔助和引導(dǎo)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(shí)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(shí)驗(yàn)室將致力于進(jìn)一步提升半機(jī)械化昆蟲的自主定位能力。同時(shí)還將開發(fā)多場景應(yīng)用模型，包括物流倉儲(chǔ)巡檢、農(nóng)田病蟲害監(jiān)測(cè)及有毒環(huán)境勘探等，進(jìn)一步挖掘技術(shù)在實(shí)際場景中的應(yīng)用潛力。

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

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