半机械的昆虫一直是让人密切注视的领域,这里的新创造层出不穷,其中有靠昆虫自身振翅之动能驱动的半机械昆虫,甚至核动力的半机械昆虫。不过,现有的开发一般是将机器人增扩到蟑螂或甲虫身上。
凯斯西储大学这次创建的是一个生物燃料电池,能借助昆虫本身的自然消化驱动嵌入昆虫的电子部件;植入的机电硬件介入了昆虫的生物学过程,半机械昆虫变成自给自足、活着的微型机器人平台。说得形象一点,就是“蟑螂进食,驱动机器昆虫”。
为将昆虫自身的化学能转换成可供植入部件实际使用的电,研究团队将几种酶组合成系列,创建了阳极。其中一种酶将双糖海藻糖——这是蟑螂自然消化过程中源源不断生成的糖——分解成几个简单些的单糖酶,后者又在第二种酶的作用下分解,并在此过程中释放电子。这些电子被吸引到阴极收集起来,就形成了类似电池的功能。
研究人员小心翼翼地将这种原型发电器置入几只雌性蟑螂的腹部,没让蟑螂遭受持久损害。活着的半机械昆虫的想法,在提出时的最终目标是制定一种发射器,能以微型生物电池运行,在对人体可能有危害的场合(如核或化学灾害现场)将信号传回。现在有了良好开端,眼下要做的是使整体装置继续小型化,做到可以完全植入昆虫体,并随之自然移动和飞行。
这当然是个挑战。生物电池放出的能量非常小,它们自己需要的额外硬件(如能以生物电池之电荷充电的电池)也限制了昆虫的行程范围和本身能力。研究人员必须将昆虫的额外负载控制在最低限度,寻找巧妙方法动用昆虫的生物学优势,而不是额外增扩。当配备传感器的电子昆虫群日趋完善时,它们有望执行危险的军事侦察任务,或实施基础设施监测,应对环境灾害。 凌启渝