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马达加斯加蟑螂，成年时长到 6 厘米（2.4 英寸），有‘攀爬好手’之名，当感觉有危险时，它会让空气快速通过背部的孔从而发出嘶鸣声。
科学家从它们的伟岸身姿上，看到了它们‘进化’成半机械昆虫的潜力。
由日本理化学研究所领导的一个国际研究团队，设计了一个远程无线控制蟑螂的系统，近日将成果发表在科学期刊 npj Flexible Electronics。
首先，研究人员用特别设计的‘背包’，将无线腿控模块和锂聚合物电池连接到蟑螂胸部，电脉冲可以刺激蟑螂的神经系统，控制它朝左或朝右移动。
‘背包’根据模型蟑螂的身体建模并用弹性聚合物 3D 打印，完美贴合蟑螂曲面，能在胸部固定一个多月。
而发送和接收信号需要有持续的供电，否则当电池耗尽电量，蟑螂就能自由来去，画面令人血压飙升。
所以，研究团队又在蟑螂腹部安装了给电池充电的超薄太阳能电池模块，让它逃不出手掌心。其功率输出达到 17.2 mW，比目前最先进的活体昆虫能量收集装置高出约 50 倍。
考虑到腹部在运动时的变形，不让太阳能电池模块阻碍蟑螂的正常行动，研究团队测试了许多种电子薄膜，最终采用了比人类头发细约 17 倍的 0.004 mm 薄膜，它大约可在蟑螂的腹部粘附一个月。
这也是本次研究比起半机械昆虫前辈的长处——在更长的时间内控制蟑螂。
当一切准备就绪，你就可以用无线遥控系统，远程对蟑螂为所欲为了。按下按钮，你让它向右转，它绝不向左。
研究团队指出，有朝一日，这些蟑螂可以用来监测环境或灾后搜索救援，抵达人类难以触及的地方。
但目前的研究成果只有无线运动控制系统，还没有配备传感器和摄像头。其中，摄像头需要更多的电力，就算能够使用，分辨率也会非常低。
因为有了超薄太阳能电池，未来我们还可以期待更多昆虫加入，研究团队看好甲虫和蝉。
想象一下，当人类谈笑间指挥一支半机械昆虫队伍，这场面将是多么壮观。当然，前提是它们不会失去控制。
人才辈出的半机械蟑螂界
再来看看半机械蟑螂的‘前浪’们，个个非等闲之辈。
早在 2012 年，北卡罗来纳州立大学的研究人员就对蟑螂下手了，主角同样是大型马达加斯加蟑螂。
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▲ 图片来自：North Carolina State University
当微控制器连接到蟑螂的触角和后部感觉器官，产生的电荷会使蟑螂认为它撞到了什么东西，或者遇到了什么威胁，从而移动到你想让它去的方向，甚至走出一个规划好的曲线。
蟑螂可能以为这是它的自由意志，实则被人类远程控制。而人类对它的期待是，在狭小的空间里寻找灾难幸存者。
2018 年，康涅狄格大学研究团队创造了一种微电路，控制蟑螂的方式也是让蟑螂相信自己遇到了障碍。
相比前人的进步在于，微电路实现了对半机械昆虫更可靠和精确的控制。
具体来说，它能够检测蟑螂的 6 度自由运动、线性和旋转加速度，以及周围的环境温度，因为环境温度也会影响昆虫移动的方式和位置。
康涅狄格大学电气和计算机工程助理教授 Dutta 对它寄予厚望：从搜索、救援到国防，半机械昆虫有大量有用的应用，但现在仍处于‘幼虫’阶段，它未来的高科技兄弟可能会拯救你的生命。
半机械蟑螂还有更多的使命。2013 年前后，神经科学家 Greg Gage 推出了‘蟑螂意念控制器’RoboRoach，将其作为教育体验，帮助学生初步了解神经回路。
世界上有太多无法治愈的神经疾病，学习神经科学又有一定门槛，RoboRoach 这类工具是为了让学生在更早的年龄学习神经科学，他们中或许有人能成为解决问题的科学家和工程师。
让蟑螂戴好控制单元、电池和电极，学生可以通过免费的手机应用，微刺激蟑螂的触角神经，短暂地无线控制蟑螂的左右运动，并记录活的神经系统组织的变化。
Greg Gage 表示，对蟑螂来说，这不是一个很痛苦的体验，它们适应得也很快。简言之，没有一只蟑螂在实验中受到伤害。
当你将蟑螂放回笼子约 20 分钟时，它们会‘忘记’刚才的经历，然后刺激再次起作用；大约 2 到 7 天后，刺激会完全失效，蟑螂不再听你摆布，可以‘功成身退’了。
需要提醒一下，假如你想要购买 RoboRoach，蟑螂并不捆绑发售，但可以单独订购南美蟑螂，一盒三只。
论蟑螂的多种用法
不负‘打不死的小强’之名，在半机械蟑螂之外，蟑螂还有许多种用法。
先来说说你或许最不能接受的一种。
奉俊昊《雪国列车》里用蟑螂做的蛋白质块，形象地体现了底层居民的生存状态。昆虫富含蛋白质，蟑螂繁殖能力又强，如果真的别无选择了，作为末日口粮未尝不可。
据说奉俊昊的要求是，蛋白质块要像蟑螂翅膀般黑色但透亮。它实际由海带和糖制作而成，很多演员尽管知情，但对这种黏软的物体仍然难以下咽。
蛋白质块只是演戏，现实里却真的存在‘蟑螂面包’。
2017 年，巴西的研究人员推出了一种蛋白质增强面包，这种面包富含干燥、粉碎和过筛的灰质蟑螂，结论是‘使用灰质蟑螂面粉，是一种在不改变感官质量的情况下丰富小麦面包的有效方法’。
光啃面包不免口干舌燥，不如喝杯‘蟑螂奶’原汤化原食。是的很不幸，‘蟑螂奶’也是真实存在的。
2018 年 6 月有报道称，所谓的‘蟑螂奶’主要来源于太平洋甲虫蟑螂体内的一种结晶体，‘蟑螂奶’的蛋白质是一般牛乳的 4 倍，还包含了促进生长的氨基酸和人体所需的脂肪和糖类。
不过，从蟑螂体内提取分泌物要比奶牛挤奶要难得多，研究人员需要剖开雌性蟑螂的腹部，取出胚胎和内脏，再用移液管抽出结晶状的分泌物，1000 只蟑螂才能制成 100 g‘蟑螂奶’。
就算有了《荒野求生》贝爷的大心脏，尝试还得冒风险，目前还没完全证明‘蟑螂奶’对人体完全无害。
和蟑螂搏斗的过程里，我们大概都能领会，蟑螂的运动能力不可小觑。
这种天赋是很多科学家的‘缪斯’，就像加州大学伯克利分校教授 Robert Full 所说，‘基于进化的古老工程，建造明天的机器人’。
比如，当蟑螂穿过微小的裂缝时，可以将身体挤压到仅两个硬币高，承受 900 倍于体重的力。通过研究这种‘极端表现’，以及蟑螂灵活的外骨骼和多刺的腿，哈佛大学博士后研究员 Kaushik Jayaram 设计了手掌大小的机器人 CRAM。
CRAM 是一种具有铰接机构的可压缩机器人，能够挤入并穿过只有它一半高度的裂缝，未来可在龙卷风、地震和爆炸造成的废墟中搜索和救援。
蟑螂腿则为人类假肢提供了思路，它们的弹性力学启发了机械手抓握动作的设计。
哈佛大学生物机器人实验室的一项研究便是参考蟑螂腿，制造出‘沿着物体滑动直到包裹住物体’的手，类似于我们举起咖啡杯。
蟑螂已生存了 3 亿多年，和恐龙曾身处同一时代，现在还在污水管道、垃圾场等病原体密集的地方安居乐业，顽强的生命力绝非偶然。所以，在医学领域，蟑螂亦有造诣。
研究发现，当蟑螂检测到潜在的有害微生物时，它们的身体会产生阻止病原体的蛋白质。
在过去的十年里，科学家们已经成功地分离出各种蟑螂产生的抗菌蛋白，并测试了它们对抗链球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等细菌感染的能力。打个不恰当的比方，蟑螂可能是我们‘对抗超级细菌所需要的超级细菌’。
蟑螂确实有许多用处，但偶遇时还是让人起鸡皮疙瘩，当事人杀心大起，手执拖鞋，伴有头皮发麻、汗毛林立的症状。
研究是研究，生活是生活，我们不必喜欢蟑螂。或许正如 Kaushik Jayaram 说的那样：
‘我不希望我的背包、卧室或食物旁边有蟑螂。我不认为蟑螂很可爱，但它们创造了一个伟大的科学模型。从广义上讲，大自然拥有庞大的设计理念库。’
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发表于 2022-9-20 09:41:09
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