花甲虫植入无线遥控背包搜救幸存者技术

事实上，从第二次世界大战以来，美军一直试图透过远程控制动物携带麦克风来进行侦察。但直到20世纪电子产品和控制机制发展得更先进以后，才足以使相关计划顺利进行。特别是由于微型处理器、传感器与致动器可内建于仅有几克重的毫米级无线“背包”后，如今在控制飞虫方面已取得了实质的进展。

美国和新加坡的研究人员们携手合作，利用一种小型背包来刺激甲虫的肌肉，使其得以用无线的方式远程控制巨型花甲虫(可能比飞蛾更大)的飞行。这项研究的目的是希望用在发生自然灾害后搜救幸存者，就像美国国防部先进研究计划署(DARPA)的机器人挑战赛(Robotics Challenge)一样，但它也催生了更多针对机器人以及军方远程控制昆虫的其他应用。“在救灾现场利用小型昆虫的概念一直相当吸引人。例如，配备简单温度传感器的昆虫爬行或飞过碎石堆进行侦察，”负责主导这项研究的美国加州大学柏克莱分校电子工程与计算机科学系副教授Michel Maharbiz表示。

研究人员观察手中的花甲虫及其背包等细节。事实上，从第二次世界大战以来，美军一直试图透过远程控制动物携带麦克风来进行侦察。但直到20世纪电子产品和控制机制发展得更先进以后，才足以使相关计划顺利进行。特别是由于微型处理器、传感器与致动器可内建于仅有几克重的毫米级无线“背包”后，如今在控制飞虫方面已取得了实质的进展。当然，今日的研究人员们已经证明这种动物控制能够挽救人们的生命，但目前的资金主要来自政府资助。例如，美国国家科学基金会(NSF)，以及新加坡三军总长(CDF)为主导的新加坡南洋助理教授(NAP)协会与科技研究局(A*STAR)。

从飞行中的甲虫看来，在它身上的背包重量够轻，不至于为其带来压力。研究人员得以在远程控制这种巨型花甲虫的关键在于找到了可在其飞行中控制精密调整转向的肌肉。首先，研究人员们制作了一个超小型的背包，用于监测其自然的飞行模式以及启动转向的肌肉刺激。在此过程中，研究团队还修正了1800年以来生物学书籍中认为肌肉只用于着陆时控制翅膀收合的论点。然而，透过侦测飞行中的肌肉，研究人员确认了肌肉的第二项功能在于精确地控制飞行的转向。

甲虫在干涸的河床之间觅食。现在，研究团队打算在其它动物所上采用相同的途径——先监看其动作模式，掌握其肌肉的功能，然后再设计一款可依需要控制功能的背包。“我的实验室主要着重于蝗虫，这项研究是由博士后研究员Joshua van Kleef所主导，”Maharbiz表示。

花甲虫在充满绿叶的自然栖息地爬行。前几代的生物学家并不了解动物的每一块肌肉是如何运作的——尤其是实现飞行的肌肉，当时也还没有无线技术来协助自由飞行。相反地，由于肌肉运动彼此之间相互牵制，使其几乎无法区隔出自然的肌肉运动与人为的补偿动作。因此，在这项研究中，生物学家称这种无线背包为Mecynorrhina巨型花甲虫的第三腋片(3Ax)肌肉。巨型花甲虫的重量约8克，配备电池的整个无线背包重量约仅1.5克。此外，背包中还装载了6个连接至甲虫光瓣与飞行肌肉的电极，这些组件都利用1颗3.9V的锂电池供电，同时仅以大约1,000Hz的低频信号传送至背包。由加州柏克莱大学与新加坡南洋理工学院(NTU)携手进行的这项“赛博格”(Cyborg；机械化有机体)昆虫研究，透过无线射频讯号记录昆虫飞行与转向时的肌肉数据，并利用这些信息来改善在远程控制飞行转向的精确度，不仅让研究人员得以更精确地控制昆虫的飞行与转向，同时也启发了更多新应用。