受昆虫启发的机器人，旨在承担我们肮脏的工作

一只蚂蚁面对两条通往食物来源的路径时，可能不知道哪条最好，但一个蚁群可以迅速解决这个问题：个体留下化学物质（称为信息素）的痕迹，标记从巢穴到食物再返回的路线。当其他蚂蚁跟随时，信息素在最短的路线上会更快地积累，加强气味并引导整个蚁群。

一个蜜蜂群同样会汇集资源来选择一个家。几百只“侦察蜂”出发搜索，报告潜在的地点。其他侦察蜂会进行后续考察，选择一边，直到达到法定人数并决定某个特定地点。这种关乎生死的决定依赖于蜂群的集体智慧——或称群集智能。

受到这类例子的启发，工程师们正在制造小型、昆虫状的机器人集合体，它们可以协同完成人类执行起来可能困难、危险或枯燥的工作。正如自然界一样，这些机器人系统倾向于去中心化，由执行简单任务的个体组成，这些简单任务累加起来形成群体成就。尽管目前的单台价格通常是三位数，但开发人员希望有一天能使这些设备价格低廉，以至于某些机器人可以丢失或损坏而不会危及整个任务。

“归根结底，我们总是回顾大自然，看看昆虫是如何做的，”华盛顿大学工程师兼仿生蜈蚣设计者卡尔·伯林格 (Karl Böhringer) 说。“它们可以做惊人的事情，我们也希望能够做到。”

像蚂蚁一样做事

在 20 世纪 90 年代初，作为麻省理工学院的一名大学生，詹姆斯·麦克洛金 (James McLurkin) 决定制造像蚂蚁一样行为的机器人，这个雄心勃勃的想法他归功于“不受约束的本科生傲慢”。他的小玩意儿大约有一英寸长。它们拥有小型内部计算机、帮助它们避开障碍物的光感受器以及两个电机，一个用于移动，另一个用于操作它们的颚。麦克洛金成功地让他的“宠物”们玩起了跟队和捉迷藏。

到 2004 年，作为麻省理工学院的研究生，麦克洛金动员了 104 个机器人在一个废弃的军营建筑中寻找一个隐藏的物体。在多次试验中，该群机器人成功定位了目标，每个机器人通过红外信号与周围的五到六个邻居保持联系。

这些成功的测试促使麦克洛金开始思考实际应用，例如在地震后搜寻幸存者或探索火星表面。如今，作为莱斯大学多机器人系统实验室的主任，他正致力于实现这些目标。尽管他早期的仿生蚂蚁有触角和颚，但麦克洛金最新的模型 r-one，与其前辈或自然灵感没有任何相似之处。相反，它看起来像一个特大号的冰球。每个单元都由内部锂聚合物电池供电，价格约为 250 美元——比其更像蚂蚁的祖先便宜了约 10 倍。麦克洛金希望将成本降低到每台 100 美元，从而使大规模部署用于搜救或其他艰巨任务更加可行。

仿生蜜蜂救援

2007 年，哈佛大学微机器人实验室创始人罗伯特·伍德 (Robert Wood) 成为第一个让一只苍蝇大小、拍打翅膀的机器人起飞的人；一个微型电机为其塑料翅膀提供动力。整个装置——包括一个不比指甲大多少的碳纤维机身——重量仅为千分之二盎司。一位同事敦促伍德制造一群这样的飞行器，从而催生了 RoboBees 项目：一项为期五年、涉及生物学家、计算机科学家和工程师的多学科项目。

目前的 RoboBee 尺寸要大得多，重约百分之二盎司。它的图像处理系统试图模仿真实蜜蜂处理图像的方式，低分辨率的摄像头“眼睛”不断快照并将信息传回 RoboBee 的“大脑”。

一只 RoboBee 的微小重量是一个优点。伍德建议，消防员可以随身携带 1,000 只这样的机器人，总重量仅为一磅，并让它们飞进或飞出燃烧的建筑物，向救援人员发送信息。未来，RoboBees 可能会追踪快速变化的事件，如森林火灾、石油泄漏或化学羽流。或者它们可以为花卉或农作物授粉——鉴于真正的蜜蜂因疾病、化学毒素和其他原因正在大量死亡，这是一个紧迫的问题。

目前，该机器人的最大缺点是它必须连接到外部电源。尽管实现无绳、自主飞行是首要任务，但伍德不想“等到完美的电源可用”才完善设计的其他元素。一些团队成员正在努力开发轻量级的电源选项，而另一些人则在研究传感器和制造方法。“所有这些事情都在同时进行，”他指出。

工程师们还在设计算法来调节成千上万只 RoboBees 执行授粉等任务的行为。“我们从大自然中汲取灵感，”哈佛大学博士后卡尔蒂克·丹图 (Karthik Dantu) 说，“然后我们从工程角度决定什么是可行的。”

2007 年，哈佛大学微机器人实验室创始人罗伯特·伍德 (Robert Wood) 成为第一个让一只苍蝇大小、拍打翅膀的机器人起飞的人；一个微型电机为其塑料翅膀提供动力。整个装置——包括一个不比指甲大多少的碳纤维机身——重量仅为千分之二盎司。一位同事敦促伍德制造一群这样的飞行器，从而催生了 RoboBees 项目：一项为期五年、涉及生物学家、计算机科学家和工程师的多学科项目。

目前的 RoboBee 尺寸要大得多，重约百分之二盎司。它的图像处理系统试图模仿真实蜜蜂处理图像的方式，低分辨率的摄像头“眼睛”不断快照并将信息传回 RoboBee 的“大脑”。

一只 RoboBee 的微小重量是一个优点。伍德建议，消防员可以随身携带 1,000 只这样的机器人，总重量仅为一磅，并让它们飞进或飞出燃烧的建筑物，向救援人员发送信息。未来，RoboBees 可能会追踪快速变化的事件，如森林火灾、石油泄漏或化学羽流。或者它们可以为花卉或农作物授粉——鉴于真正的蜜蜂因疾病、化学毒素和其他原因正在大量死亡，这是一个紧迫的问题。

目前，该机器人的最大缺点是它必须连接到外部电源。尽管实现无绳、自主飞行是首要任务，但伍德不想“等到完美的电源可用”才完善设计的其他元素。一些团队成员正在努力开发轻量级的电源选项，而另一些人则在研究传感器和制造方法。“所有这些事情都在同时进行，”他指出。

工程师们还在设计算法来调节成千上万只 RoboBees 执行授粉等任务的行为。“我们从大自然中汲取灵感，”哈佛大学博士后卡尔蒂克·丹图 (Karthik Dantu) 说，“然后我们从工程角度决定什么是可行的。”

白蚁建筑师

尽管白蚁最出名的是破坏木质结构，但它们却是大自然中最伟大的建筑师之一。白蚁身长不到一英寸，却能建造高达 40 英尺的蚁丘，内部有复杂的隧道网络。同样令人惊叹的是，这项大规模的建筑工程是在没有“工头”的情况下进行的。个体收集泥土并将其堆积起来，或修补孔洞和缝隙，在没有任何中央协调的情况下建造大型复杂结构。

哈佛大学计算机科学家拉迪卡·纳格帕尔 (Radhika Nagpal) 和她在 TERMES 项目中的同事正在制造人造白蚁，它们可以像自然界中的同类一样，建造比自身大得多的结构。每台机器人大约 7 英寸长，4 英寸宽，看起来像一个倒置的独轮手推车，由四个“轮腿”（混合了轮子和腿）支撑。

仿生白蚁的夹子可以抓住一块砖，翻到它背上，然后将其放在正确的位置。在成功用一只仿生白蚁建造了一个 10 块砖的楼梯后，该团队正准备让三台机器人建造一个大约 80 块砖的楼梯，以及更复杂的、类似城堡的结构。

机器人不会被告知要把砖放在哪里，而是被编程去达到某个位置。如果该位置高于其当前位置，机器人将继续铺砖，建造一个楼梯，直到它能够到达那里。不需要与其他机器人协调。

哈佛大学机器人学家尼尔斯·纳普 (Nils Napp) 正在开发经过修改的白蚁版本，它们可以堆积重达几磅的粗麻布米袋——这可能类似于用沙袋加固堤坝，或在人类危险的地方执行其他建筑任务，如洪水区、污染环境、水下或外太空。

百足蜈蚣的重活

尽管两只脚对人类来说足够了，但工程师卡尔·伯林格 (Karl Böhringer) 和他在华盛顿大学的同事们想看看一个拥有 512 只脚的装置能做什么。他们的仿生蜈蚣——通过类似于制造计算机芯片的微制造技术建造——仅长一英寸多，宽约三分之一，重量不到千分之二盎司。

为了实现运动，这些腿就像三明治一样建造，一层导电材料夹在两层聚合物之间。电流每秒脉冲 30 次，每次脉冲都会加热三明治交替的层。加热时，一层聚合物比另一层膨胀得更多，导致腿部以快速的节奏交替弯曲和伸直。机器人可以向前、向后和向侧面同样好地移动。

一个缺点是单位速度——每小时约 3 英尺。按这个速度，它需要四天多才能走完一个足球场的长度。伯林格计划加快速度，可能会提高 100 倍，但可能不足以吸引 NASCAR 粉丝。

蜈蚣最大的作用可能是一个微型工作马，因为它能携带自身重量七倍的物体。伯林格相信，在减去一些多余的脂肪后，蜈蚣最终可以携带自身重量 50 倍的物体，这可能使其在执行火星任务时收集样本非常有用。如果实现，这种承载能力将使该机器人与蚂蚁相媲美——这是现代技术实际上能与自然相媲美的一个罕见例子。

仿生蟑螂侵扰

蟑螂比白蚁更令人厌恶。然而，它们能够几乎在任何地形上快速移动并到达几乎任何地方——爬进狭小的空间，垂直移动或倒挂——这使它们不仅是难以对付的害虫，也是机器人学家们颇具吸引力的模型。

2009 年，加州大学伯克利分校的研究人员公布了动态自主散步六足机器人（DASH）。他们的蟑螂替代品看起来像一个约 4 英寸长、2 英寸宽的滑橇，支撑在六条伸展的腿上。六足设计确保了稳定性；当 DASH 运行时，它的腿以三脚架配置接触地面。

伯克利研究生保罗·比克迈尔 (Paul Birkmeyer)，他设计了最初的 DASH，为蟑螂的脚添加了爪子。经过修改的机器人 CLASH，拥有可互换的脚，包括磁性选项，使其能够垂直爬行在各种光滑和粗糙的表面上，如墙壁、沙发或窗帘。

另一名研究生凯文·彼得森 (Kevin Peterson) 添加了电动拍打翅膀和尾巴，使 DASH 速度更快，超过每秒 4 英尺。经过修改的单元还可以攀爬更陡的斜坡，并在跌落时保持直立。彼得森从各种高度上掉了“DASH+翅膀”，它几乎总是能四脚着地。

展望未来，伯克利团队正在为其坚固的昆虫设计应用。“我们可以将它们送入不安全的地方，或者人们根本无法进入的地方，”彼得森说。“机器人可以搜寻爆炸物，检查管道是否有燃气泄漏，或检查桥梁。”令人讨厌的蟑螂会去我们不想让它们去的地方。现在，工程师们正在扭转局面，设计机械生物，去人们不想去的地方。