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【机器人】设计新方法:自然昆虫+植入电极=半机械昆虫
梅西 2016-04-11
导语

与其研制能够模拟昆虫复杂功能的精密机器人,不如尝试将昆虫本身变成半机械昆虫。

图:通过向甲虫肌肉中植入电极,科学家可以精确地控制甲虫的行走,从而将甲虫变成半机械昆虫。

数十年来,科学家们一直希望能够从昆虫身上获得灵感来设计机器人,借鉴昆虫数百万年的进化经验用于机器人身上。毕竟昆虫是地球上最成功的动物,它们的种类占人类已知的动物物种总数的75%。然而,由于昆虫结构复杂,涉及到很多不同领域,只有当这些领域都达到很先进的程度时,人类才有可能设计出精密的机器人。因此目前要想设计出精密机器人还面临很大的困难。比如前段时间google旗下的Boston Dynamics公司开发的Altas人形机器人以及日本机器人公司Schaft开发的人形机器人,虽然都具有极佳的稳定性,但是和人类以及自然界动物相比,还相差甚远。

因此在过去二十年中,新加坡南洋理工大学科学家放弃了研制能够模拟昆虫复杂功能的精密机器人的思路,他们开始尝试将昆虫本身变成半机械昆虫。此前,科学家已经成功在活飞蛾的体内植入电极来控制飞蛾的飞行。近日,新加坡南洋理工大学科学家再次通过向甲虫肌肉中植入电极,从而可以精确地控制甲虫的行走。研究人员认为,这种半机械昆虫可以用于帮助人类完成许多复杂的任务,如间谍侦察、灾难搜救等。

科学家也承认,这种半机械昆虫与真正的机器人相比还有许多不足,如生命周期有限等。但是,它们的优势也很明显。比如,昆虫本身就是一个极其完整的成品,而机器人则需要科学家将一个个微小的部件精密地组装到一起才可以工作。半机械昆虫的能耗比同等大小的机器人要小得多,它们也不需要复杂的代码。

在此前的相关研究中,研究人员通过连接到昆虫触角或大脑中的电极发送电流信号刺激昆虫行走。然而,这种方式被证明是不可靠的。新加坡南洋理工大学科学家Hirotaka Sato介绍说,研究人员常常无法控制昆虫的速度。Hirotaka Sato研究团队并没有采用将电极连接到触角或大脑的方式,他们转而将电极连接到昆虫肌肉中以控制它们的行走。科学家们表示,实验证明这种方法能够提高昆虫的灵活性,更贴近实际应用。

研究人员利用巨型花金龟进行实验。巨型花金龟是一种原产于中部非洲的巨型甲虫,身长可达8.5厘米。实验用的巨型花金龟买自台湾一家甲虫公司。研究人员在每一只巨型花金龟体内植入了8对电极,这些电极控制着每一只甲虫前腿内的8块肌肉。肌肉被电流刺激后能够控制腿部伸缩、抬起放下。

科学家通过对甲虫腿部的自然三维动作进行分析,明白了昆虫行走时动作的发生顺序。然后,他们设计了电流刺激的顺序,从而可以精确地改变甲虫的迈步频率及调整它们的步幅。研究人员表示,接下来的研究目标就是控制昆虫的6条腿。科学家还希望能够引入监控系统来监测半机械昆虫的位置,并引导它们向特定目标前进。

文章链接:

Cao F, Zhang C, Choo HY,Sato H. 2016 ”Insect –computer hybrid legged robot with user-adjustable speed, step length and walking gait.“ J. R. Soc. Interface 13:20160060. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2016.0060

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文章评论(2)
柏宝红[北京航空航天大学]

这种方法比较容易实现,就像机器+人类=超智能时代;昆虫+电极=机器昆虫

895天前 | 回复
令狐小冲[清华大学]

够可怕的,未来的战争武器啊

895天前 | 回复
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作者 梅西

本科生

北京工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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