背包小強想拯救人類(lèi)！“背”上計算機芯片，半機械蟑螂運動(dòng)輕松可控，未來(lái)可用于救援

夏天到了，家里的蟑螂是不是又在蠢蠢欲動(dòng)了？

蟑螂這個(gè)東西，可以說(shuō)是人人喊打，但是呢，也是“打不死的小強”。

既然如此，我們?yōu)槭裁床粨Q個(gè)思路，既然不能消滅它，那么為何不把蟑螂利用起來(lái)？

最近，新加坡南洋理工大學(xué)的研究人員就提出了一個(gè)想法，他們在蟑螂身上安裝了裝配了紅外攝像頭、二氧化碳傳感器和溫度/濕度傳感器等功能的小型計算機芯片，這下子，蟑螂就能被遠程控制，想讓它往哪個(gè)方向它就往哪個(gè)方向。 

研究人員表示，這種背上了計算機“背包”的蟑螂在未來(lái)還能用于執行搜索和救援任務(wù)。沒(méi)想到吧，或許將來(lái)有一天，我們還會(huì )被蟑螂拯救。

這項研究目前已經(jīng)以論文的形式進(jìn)行了發(fā)表，感興趣的同學(xué)可以自?。?/p>

論文鏈接：

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2105/2105.10869.pdf

用電刺激控制蟑螂移動(dòng)，還能用于救援任務(wù)

可能不少同學(xué)和文摘菌有一樣的疑惑，這動(dòng)物世界種類(lèi)千千萬(wàn)，為什么偏偏要選擇蟑螂呢？

根據研究人員解釋?zhuān)胫饕梢酝ㄟ^(guò)神經(jīng)、神經(jīng)肌肉或感覺(jué)位置的電刺激進(jìn)行控制。同時(shí)由于昆蟲(chóng)能夠通過(guò)自身提供大部分“能量”，因此需要構建到計算陣列中的電能是最少的。

也正是得益于此，這種半機械蟑螂的“電池”壽命比同樣小尺寸的傳統機器人要更長(cháng)，一般來(lái)說(shuō)可以運行1個(gè)小時(shí)，這對于實(shí)際應用而言也頗有助益。

從下圖可以看到，這只馬達加斯加蟑螂的尾部植入了電極，也就是左右兩側突出的附屬物。電流通過(guò)電極傳送到兩個(gè)尾須，引起轉動(dòng)，當左側尾毛受到刺激時(shí)，蟑螂就會(huì )向右轉，反之則會(huì )向左轉。

通過(guò)這樣的方法，科學(xué)家們能夠輕易地控制蟑螂移動(dòng)的方向。聽(tīng)上去和用槳劃船差不多。

不過(guò)，在整個(gè)過(guò)程中，蟑螂仍然能夠控制自己腿部的運動(dòng)，這也就意味著(zhù)，如果蟑螂一開(kāi)始處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，首先可能需要其他的刺激讓它們動(dòng)起來(lái)。

研究人員表示，微型機器人要真正為搜救任務(wù)服務(wù)做好準備，還有很長(cháng)一段路要走。其中主要的問(wèn)題在于，電池的局限性、“運動(dòng)的計算負載”和避障系統。

作為替代解決方案，他們開(kāi)發(fā)了一種計算機和生物混合體，即這種半機械蟑螂，把微控制器和攝像頭連接到蟑螂背部。

這種半機械蟑螂結合了使用自定義控制算法和昆蟲(chóng)本身的導航能力來(lái)探索復雜的地形，其“人體存在檢測”系統則使用了一種由自定義機器學(xué)習模型引導的紅外攝像頭。

因此，半機械蟑螂不僅能夠自主導航，還能夠在倒塌的建筑物等受損環(huán)境中找到和檢測人類(lèi)。

基本行為銜接流暢，人類(lèi)識別準確度高達90%

俗話(huà)說(shuō)，是騾子是馬，還是得拉出來(lái)溜溜。

那我們首先來(lái)看看這種半機械蟑螂的左右轉行為表現。

可以看到，蟑螂下達命令后能夠做到左轉、右轉和加速。這些指令都是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸從一臺電腦，再傳到安裝在蟑螂背部的接收器上。然后，接收器對指令進(jìn)行解讀，產(chǎn)生相應的電刺激，以此誘導蟑螂做出相應的行為。

隨后，該團隊通過(guò)將蟑螂放置在包含多個(gè)人類(lèi)和非人類(lèi)目標的模擬環(huán)境中，測試了半機械蟑螂在這種復雜地形中的導航和尋找人類(lèi)的能力。

研究人員表示，盡管事先缺乏任何障礙物信息，但蟑螂仍然能夠成功地引導自己穿越地形，再加上利用紅外攝像頭和人體檢測算法正確地對人類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)，從而忽略非人類(lèi)主體。

根據論文介紹，機載紅外攝像頭是一個(gè)32×32像素的小型傳感器，具有90度視野。研究人員表示，在離主體一米半的距離內，系統在區分人類(lèi)與其他對象方面的成功率為87%，當把系統裝配在蟑螂身上時(shí)，整體成功率會(huì )提高到90%。

雖然由于硬件限制，尚無(wú)法實(shí)時(shí)跟蹤蟑螂，但研究人員希望在未來(lái)通過(guò)可以中繼到控制中心的低能量信號來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)。

小蟑螂也有大用處

其實(shí)，巧用蟑螂的構想，在2014年就有了。

北卡羅來(lái)納州立大學(xué)電氣和計算機工程助理教授A(yíng)lper Bozkurt說(shuō)：“在倒塌的建筑物中，聲音是尋找幸存者的最佳方式?！?/p>

于是，研究人員為蟑螂安裝了帶有微型麥克風(fēng)的電動(dòng)背包，用于檢測最微弱的聲音。通過(guò)讓機器蟑螂進(jìn)入被地震襲擊的建筑物，就能幫助緊急救援人員找到幸存者。

“我們的目標是使用帶有高分辨率麥克風(fēng)的生物機器人來(lái)區分聲音，比如人們呼救和無(wú)關(guān)緊要的聲音，比如管道漏水的聲音?！?/p>

“一旦確定了聲音，我們就可以使用配備麥克風(fēng)陣列的生物機器人來(lái)鎖定聲音來(lái)源?！?/p>

同樣的，這些蟑螂背上也背有一個(gè)“背包”，用于控制著(zhù)它們的行為，這些裝置也都是直接連接到蟑螂的尾部，通過(guò)電刺激促使蟑螂向某個(gè)方向移動(dòng)。

這種“背包”配備了一組三個(gè)定向麥克風(fēng)，用于檢測聲音的方向，并將蟑螂引導到正確的方向。另一種類(lèi)型配備單個(gè)麥克風(fēng)，可以捕捉來(lái)自任何方向的聲音，然后可以無(wú)線(xiàn)傳輸給急救人員。

這些蟑螂在實(shí)驗室測試中“運行良好”，專(zhuān)家們還開(kāi)發(fā)了可用作“****圍欄”的技術(shù)，將生物機器人保持在某個(gè)區域，例如災區。  

這項技術(shù)還可用于將生物機器人引導至光源，以便為生物機器人背包上的微型太陽(yáng)能電池板充電。

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，就連蟑螂這樣被我們討厭人人喊打的動(dòng)物也能派上用場(chǎng)，未嘗不是一件好事。那么問(wèn)題來(lái)了，這樣的蟑螂，你敢愛(ài)嗎？