生物机器人，展开！

你可能会把昆虫视为害虫，如果你还会去想它们的话。Alper Bozkurt 的研究会让你立刻改变看法：在他看来，它们是工程学的奇迹，是自然界中比工厂制造的小玩意更可靠地繁殖的灵巧飞行和爬行机器。

Bozkurt 的兴趣不仅仅是学术上的。也许在 10 年后，他的研究成果可能会让一群蟑螂和飞蛾拯救你的生命。

作为北卡罗来纳州立大学的一名电气与计算机工程师，Bozkurt 是开创者之一：他会摆弄昆虫。他使用的许多电路已经存在——经过多年进化的神经网络——他会用自己制造的小型电子设备来增强这些电路。

他设想的未来是，“生物机器人”——身上伸出电线并连接到控制设备和传感器的昆虫——可以作为搜救队，倾听求救声。但它们也可以是秘密窃听秘密的间谍，或者勘测偏远洞穴地质的探险家。昆虫能爬到的地方，能飞到的地方，生物机器人也能。

面对如此复杂的挑战，“我们开始产生与生物体合作的想法，”而不是从零开始。

为了实现这一切，这些多功能的昆虫将携带“背包”，Bozkurt 这样描述它们的载荷。这使他能够直接控制昆虫，并提供昆虫的远程监控能力，这取决于它们的尺寸。对于飞行的小生物——到目前为止只有飞蛾——这可能只是意味着路由器，允许 Wi-Fi 信号在昆虫和任务控制中心之间传递信息和指令。但更大、陆生的蟑螂可以携带麦克风、气体传感器或任何生物机器人指挥官能想到的东西。

这些昆虫组合在一起，形成了一个团队，不仅能改变搜救和侦察任务，还能重新定义机器的含义。

如何“黑进”一只飞蛾

许多机器人从自然界中汲取灵感，从蜿蜒的蛇形机器人到笨拙的六足（相对巨大的）仿蟑螂机器人。但说到微型飞行，模仿自然界却异常困难。

哈佛大学的一个独立团队多年来一直在努力将复杂的飞行机制——微小的天线、神经系统、电源——缩小到一个像硬币一样高的仿虫机器人，称为 RoboBee。每个单独的部件都值得大量的期刊论文：它在自然界中如何工作，如何用机械方式重现它，以及哪些材料可以将电子元件做得比以往任何时候都小。尽管 RoboBees 可以在实验室里成功飞行，但它们的轨迹非常不稳定；即使是其微小翅膀上一个微小的缺陷也可能使这个微型机器人失去平衡。

Bozkurt 说，面对如此复杂的挑战，“我们开始产生与生物体‘合作’的想法，”而不是从零开始。十年前，Bozkurt 还在读研究生时，就从事微机电系统（MEMS）的研究，例如，智能手机用来判断方向和速度的传感器。他注意到，飞蛾基本上就是这种传感器的气动集合体。

在国防高级研究计划局（DARPA）——一个支持可能对国家安全有用的研究的政府组织——的财政支持下，Bozkurt 和另一位电气工程师将鹰蛾作为潜在的生物机器人间谍进行饲养。Bozkurt 说，当飞蛾在它们的茧中处于蛹期时，尚未形成的组织可以适应外来物质。他在蛹的保护壳上做了微小的切口，并将三根电线插入即将成为大脑和颈部的发育中的身体部位。一周后，飞蛾孵化了，电线完美地与它们全新的身体融合在一起。

从某种意义上说，所有生物——天然的、人造的和介于两者之间的——都依靠电力运行。花一秒钟来移动，或者也许扇动你的手臂。为了完成这些动作，你的大脑必须通过脊柱中的神经纤维向肩部和肘部的肌肉发送电信号，告诉它们收缩然后放松。在飞蛾身上，这些从大脑到肌肉的信号会扇动翅膀，并使身体向左或向右倾斜。理论上，如果 Bozkurt 能通过融合的电线向飞蛾的颈部发送正确的信号，他就能“驾驶”这只昆虫。

在给一只飞蛾系上一个小型氦气球以平衡电子设备的重量后，Bozkurt 和他在康奈尔大学的博士导师 Amit Lal 发现，他们真的能够驾驭这只昆虫，就像它自己的大脑在发送移动信号一样。

“我们让它在（空中）画圈，”Bozkurt 说。“然后我们能够将其带回地面，所有这些都是通过发送正确的脉冲来实现的。”没有挣扎——“黑进”飞蛾的运动是无缝的。

不过，不必担心这些昆虫；它们不像哺乳动物那样有痛觉感受器。Bozkurt 猜测，当它们受到电脉冲时，“它们认为这是一种环境刺激，就像一道闪光或一种强烈的气味，它们会利用它们的反射来跟随或避开它。”就昆虫所知，没有什么奇怪的事情正在发生，它们的生活也没有受到影响，除非是他控制的时候。

通过使用这个技巧，Bozkurt 创建了一个昆虫大小的机器人，它比任何纯粹的机械装置都能更好地移动。他只需要先“招募”这只昆虫。

回到地面

当然，即使是微型间谍，如果系在气球上也不是很隐蔽。DARPA 最终放弃了这个想法。Bozkurt 于 2010 年毕业后，在北卡州立大学设立了自己的实验室。在国家科学基金会的支持下，他将注意力转向将他独特的电气技能应用于蟑螂，以及它们可以用装载了更多传感技术的“背包”执行搜救任务。另一个好处是：“你可以在宠物店买到它们，”Bozkurt 说。

他采用了相同的方法——短暂、无痛的电脉冲使蟑螂反射性地改变方向。与飞蛾不同，蟑螂不会经历完全的变态，所以 Bozkurt 无法在它们发育过程中植入电极。取而代之的是，他决定将电极附着在成年蟑螂的触角上，它们用触角感知周围环境。

一旦他完善了新的外科手术程序，Bozkurt 就开始工作了，利用了蟑螂的基本反应：电击触角可以像遥控玩具一样，将昆虫向左或向右引导。他首先学会了让蟑螂沿 S 形线移动。他还将它们限制在一个电子围栏内，类似于宠物越过隐形边界时会受到电击的围栏。这使得蟑螂可以随意活动，同时保持在特定区域内——有一天，这对于让一群蟑螂在不离开区域的情况下绘制整个区域的地图将非常有用。

下一步，为了实现完全自动化的蟑螂，Bozkurt 将定制软件连接到微软 Kinect，这是一个用于玩视频游戏而无需控制器的运动跟踪系统。他可以为软件指定一个目标，让蟑螂朝那个目标移动。Kinect 的摄像头会跟踪蟑螂的移动，如果它偏离了目标，软件会立即发送电信号，使蟑螂保持正确的方向。

未来，配备摄像头的昆虫大军在狭窄空间里搜寻灾难幸存者并保持特定路线的景象，离现实又近了一步。但为了在野外部署蟑螂，Bozkurt 将不得不升级他的传感系统。Kinect 作为一个标准的摄像头系统，无法穿透废墟或瓦砾堆，而且它并不是为比娱乐室更大的空间设计的。

这就是为什么 Bozkurt 也没有放弃鹰蛾。他正与北卡罗来纳大学的生物学家 Tyson Hedrick 合作，研究飞蛾如何转向——以及如何更好地转向它们。目前，他们正在一个定制平台上对飞蛾进行“试驾”：飞蛾被电磁铁悬浮，电磁铁将其固定在原地，同时它扇动翅膀，允许电信号通过电线使其向左或向右定向。

当电荷载荷再缩小一点，可能在几年内，这些飞蛾就可以在蟑螂大军上方飞行，而无需气球，并将所有蟑螂的数据通过蛾对蛾的方式传回基地营。接收蟑螂数据以及飞蛾从上方视角观察蟑螂的人类操作员，将引导这两个物种完成下一个任务。

当这个计划成为现实时，一种全新的生物将进入我们的世界：部分是进化智慧的产物，部分是人类的智慧。但这些生物机器人也将是一种新型机器，可能是众多新型机器中的第一种。它们唯一不会成为的东西就是害虫。