打不死的小强变身“半机械蟑螂”？请允许我尊称一声强哥
时间：2022-09-10 22:57:56 来源：科普之家 作者：学术头条 栏目：前沿 阅读：136
蟑螂，也就是人们常说的“小强”，是一种人人恨得咬牙、欲除之而后快的奇特生物。
为啥说它奇特？是因为蟑螂有着极强的生命力和繁殖力，已经有数亿年的演化历史，在人类无数“拖孩”的打击下，依然能够顽强地生存下来。
图｜波罗的海琥珀内的蟑螂，至少有 4000 万到 5000 万年的历史。（来源：维基百科）
按照现代的生物分类学，地球上约有 4000 多种蟑螂，其中仅有数十种会入侵人类家居，有数种会被人类当作宠物饲养，绝大部分品种只能出现在野外山涧树林或昆虫博物馆。
在最常见的家栖蟑螂中，美洲蟑螂（Periplaneta americana）、澳洲蟑螂（Periplaneta australasiae）及短翅的斑蠊（Neostylopyga rhombifolia）体型较大，体长约为 2-4 厘米；德国小蠊（Blattella germanica）、日本姬蠊（Blattella bisignata）及亚洲姬蠊（Blattella asahinai）体型则较小，体长约为 1-2 厘米。
**一般情况下，热带地区的蟑螂比较大，身长可达 10 厘米，**比如东方蜚蠊（Blatta orientalis）。
但是，小小的蟑螂，也有大用，比如被部署在搜索和救援任务中，或者调查比较危险的地方。
一直以来，远程控制与长时间续航的需求一直是尚未解决的问题。如今，这一想法或许即将成为现实。
近日，日本理化学研究所（RIKEN）开创性研究集群（Cluster for pioneer Research，CPR）的研究团队及其合作者，就设计了一种可以制造遥控半机械蟑螂的系统。
图｜半机械蟑螂。（来源：该论文）
如上图，是不是很有科技感**？**
据介绍，该系统配备了一个可由太阳能充电的微型无线控制模块，可实现自供电，而且超薄的电子设备和柔性材料可以使半机械蟑螂自由移动。
研究团队认为，半机械蟑螂的问世，或将使半机械昆虫应用在现实生活中成为可能。
相关研究以“Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility”为题，已发表在科学期刊 npj Flexible Electronics 上。
（来源：npj Flexible Electronics）
一直以来，半机械昆虫被认为可以用于监测危险地区或周边环境，但要让这一想法成为现实，就需要半机械昆虫能够被远程控制很长时间。也就是说，操作人员可以无线控制半机械昆虫的腿部，并利用太阳能为其长时间供电。
但是，要实现以上功能却并不容易。
为了将这些设备集成到蟑螂的有限表面积内，研究团队需要开发一种特殊的“背包”，一个超薄有机太阳能电池组件，以及一个保障半机械蟑螂自由运动的粘附系统。
在此次工作中，研究团队将长约 6 厘米的马达加斯加蟑螂（Madagascar cockroach）作为实验对象，并利用一个特别设计的蟑螂模型背包，将无线腿控制组件和锂聚合物电池连接到昆虫胸部的顶部。
图｜半机械蟑螂示意图。（来源：该论文）
据论文描述，这个背包是用一种弹性聚合物 3D 打印出来的，完全符合蟑螂的“身型”，可以在蟑螂胸部固定一个多月**。**
另外，超薄的有机太阳能电池组件仅有 0.004 毫米厚，被安装在蟑螂的腹部背侧，其输出功率为 17.2 毫瓦，比目前最先进的昆虫能量收集设备的输出功率大 50 倍以上。
图｜正在充电。（来源：npj Flexible Electronics）
超薄、柔性的有机太阳能电池，以及它的附着方式，就可以确保半机械蟑螂长时间自由行动。
图｜充电后。（动图制作素材来源：npj Flexible Electronics）
在仔细检查了蟑螂的自然运动后，研究团队发现，蟑螂的腹部会改变形状，部分外骨骼会交叠。为了适应这种情况，他们使用了有粘性和无粘性的材料，使得太阳能电池既可以弯曲，又可以保持附着。
图｜半机械蟑螂跨越障碍物。（动图制作素材来源：npj Flexible Electronics）
当测试更厚的太阳能电池薄膜时，或者当薄膜均匀地贴在蟑螂腹部上时，蟑螂跑同样的距离需要两倍的时间，而且很难翻身，这就有可能导致它们在搜索和救援任务中失败。
图｜无法翻身的半机械蟑螂。（来源：npj Flexible Electronics）
在论文的最后，研究团队也表示，“由于腹部变形不是蟑螂独有的，我们的策略可以适应甲虫等其他昆虫，甚至未来可能会用在像蝉这样的飞行昆虫上。”
看到这里，要不要收起你的“拖孩”。
参考链接：
https://www.nature.com/articles/s41528-022-00207-2
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