这些优异的运动性能,令大小相近的机器人难以企及,自然也会让科学家着迷。最近,来自日本大阪大学的一组研究人员开始用AI来增强蟑螂对陌生领域的探索能力。

从蟑螂的运动习惯开始改变

马达加斯加蟑螂能被当作宠物饲养。他们只需要小小的活动区域和一个遮蔽物,因为他们不喜欢光。科学家看好这类夜行生物,毕竟许多搜救工作需要在缺少光亮的情况下进行。

不过,在大阪大学的森岛圭佑教授眼里,蟑螂在黑暗中的运动习惯,还有不少可以改善的空间。比如,有些蟑螂从明亮的世界走进暗处之后,会先休息一段时间(减少运动或几乎不运动),而不是立刻积极地行动起来。森岛教授说,如果要在一处废墟或未知的环境里,部署一台实时监控的摄影机,蟑螂这样的自然行为就可能阻碍它的工作。

先前有研究发现,在蟑螂行走过程中,对它的左尾须发出电刺激,蟑螂会向右转,刺激右尾须时蟑螂会向左转;假如同时刺激左右尾须,蟑螂则会加速运动,效果显著。

而这一次,大阪大学的研究小组通过AI操控电机刺激两根尾须,来促进蟑螂的运动,而不会代替它们决定运动的方向。

当AI认为它没有走动,它的尾须就会受到电刺激。蟑螂每次要在圆形运动场里待7分钟,这是科学家留给它探索运动场的时间。时间结束之后,研究者会评估它探索了多少:比如搜索了多大区域(以网格数计算),行走了多长的距离,有多少时间在行走等等。然后,和没有施加电刺激时的7分钟探索程度做对比。

也许你会感觉,成为赛博格的蟑螂们,休息时间被剥夺得很严重。不过研究者却说,有了AI的帮助,可最大限度地减少蟑螂受到的刺激,避免它们因为刺激过多而疲劳。

蟑螂们还不能投入工作

这项研究只测试了蟑螂的运动习惯能不能适应搜救任务。

但在如此特殊的场景下,应该还有其他值得考虑的问题。比如,赛博格蟑螂需要用电,在难于及时充电的严峻环境里,如何能让它们坚持工作数天甚至数周,也是科学家一直在关心的事。

2022年,日本理化学研究所(RIKEN)等机构的研究者,也把马达加斯加蟑螂改造成了赛博格。这些蟑螂同样背着包,包里装着所有电子设备,并有电线将控制器与蟑螂的腿部相连,让科学家能够用电流操控蟑螂向左或向右。但除此之外,科学家们还在蟑螂腹部贴上了超薄的太阳能电池模块。它的厚度只有0.004毫米,却能提供17.2毫瓦的功率输出。这样,或许可以在一定程度上避免蟑螂丢弃任务逃跑。

太阳能发电,只是其中一种思路。2014年,森岛教授和同事们还尝试过利用蟑螂的体液来发电。那次,他们制造的赛博格蟑螂,背上就驮着生物燃料电池(BFC)。这种发电装置将蟑螂体液中的海藻糖(trehalose)作为能源,当海藻糖扩散到装置中,那里的海藻糖酶(trehalase)等可以把它分解为葡萄糖。葡萄糖被固定在电池的负极,并被氧化;而正极则有氧分子被还原为水。在此过程中产生了电子交换,依靠这种原理发电,输出功率最高达到了50微瓦,而10微瓦的输出功率则可以保持3小时以上。科学家利用蟑螂体液发电,实现了每5秒点亮一次LED灯,以及测量温度并每100秒向外传输一次数据。

研究者说,体液中的杂质如蛋白质与脂肪等等影响了发电效率。如果能改善过滤装置,电池的功率还会提升。

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