科学家建立“机器人昆虫工厂”，大规模生产昆虫-AI混合机器人

抖音热门 2025年08月04日 19:49 0 admin

试想一下，在地震或楼房瘫痪的废墟中，一群昆虫大小的机器人能深入人类和大型设备无法到达的陷阱，利用其牵引的传感器搜寻工作。这一长期微型于科幻工作中的场景，正因一项重大技术突破而变得触手可及。来自新加坡的研究团队成功研制出一套解除“机器人昆虫工厂”，能以惊人的速度和精度，批量制造可控的半机械昆虫，彻底解决了该长期存在的规模化生产领域。

近期发表于《自然通讯》的最新研究，了由引导的机械臂组成的自动化系统。它能将定制的电子“背包”精确地聚合到马达加斯加发声蟑螂，整个过程达到68秒。相比之下，传统的手动手术过程不仅经过约15秒，而且成功率高度依赖操作者的经验和技巧。这超过11分钟的效率提升，进而将生物混合机器人从实验室研究推向实际大规模应用的一个关键一步。

规模化的挑战与机器人的解决方案

它们利用生物体自身作为平台，不仅解决了微型机器人的能源供应难题，还天生具备对复杂性、非成型性的卓越适应能力。然而，将这些生物改造成可控的机器人，一直是一项精细而艰巨的任务。

传统方法需要在昆虫脆弱的触角或腹部等部位手动入孔电极，过程繁琐且极易对昆虫造成意外伤害，导致个体性能差异巨大。这使得大规模部署——例如在灾后搜救中同时投入数百个探测单元——成为不可能完成的任务。

为了克服这一挑战，由林奇峰博士等人领导的研究团队，将目光从改造昆虫眼睛本身，转向了改造“制造”昆虫的过程。他们设计了自动化系统，整合了三大技术：四肢敏锐的“”（英特尔RealSense深度摄像头）、一个智能的“大脑”（基于深度学习的视觉识别模型）以及一只精准的“手”（UR3e协作机器人手臂）。

在装配过程中，被麻醉的蟑螂被固定在一个特殊设计的平台上。机械臂上的摄像头可以扫描昆虫，并通过先进的TransUNet分割模型，以极高的精度识别出昆虫，配有一个全新的、更适合自动化大楼的刺激位点——前胸背板与中胸间的节间膜。该位置点比传统的触角或腹部更为宽阔和加固。一旦锁定目标，机械臂拉取事先准备好的电子“背包”，以经过精确计算的最佳角度，将背包上的双极电极稳定准地入口膜内，并扣合固定结构，整个过程一气呵成。

解锁控制：创新的电极与刺激方案

这个自动化系统的成功，不仅依靠机械臂的精准操作，更具备装配的“背包”本身就是为自动化而生的。研究团队支架废弃了传统电极，设计并采用多材料3D打印技术，制造出一种集成的双极电极。这种电极拥有微针其结构，能轻松刺穿昆虫的节间膜，同时其独特的钩状设计可确保接口后锁自锁，防止损坏。

更重要的是，通过对新刺激位点的研究，团队实现了对半机械蟑螂逼近的精细控制。通过向步进电机施加电脉冲，可以诱导蟑螂实现超过70度成功度的间歇转向；而同时刺激步进，则首次实现了蟑螂的主动步进控制，速度最高可降低68.2%。这意味着，工厂制动生产出的半机械蟑螂步进，其性能不仅不亚于、甚至在某些方面（如控制的平衡性）还可以手动调整的相似。

该系统的可靠性在测试中得到了充分的验证。对于体长在5.0至6.0厘米范围内的蟑螂，自动化作业的成功率高达80%以上。研究人员还发现，通过调整背包固定结构的设计，该系统能够适应不同大小的物体，表现了其的可扩展性。

从个体到群体：验证未来应用

自动化生产的最终目的，是实现大规模协同作业。为了证明其应用潜力，研究团队将四只“工厂制造”的半机械蟑螂部署在一个充满障碍物的室外环境中，执行区域覆盖任务。

通过超高速（UWB）秒定位系统进行追踪，这支由四名成员组成的“蟑螂小队”在短短10分31内，就成功覆盖了目标区域80.25%的面积。相比之下，任何单个机器人的覆盖率都远低于此。这一结果充分地证明，由多个机器人组成的群体系统，在执行探索和任务覆盖时，效率远超单个代理。这是首次在室外复杂群体中，对半机械群体群体进行的成功演示。

最近研究为机器人昆虫的可扩展制造并实际部署奠定了基础平台。未来，人们可以设想建立真正的“机器人昆虫工厂”，根据任务需求（如搜救、环境监测或工厂围栏检查），快速生产并部署成数百上千个挂着不同传感器（如热成像、麦克风）的生物机器人。它们将成为人类感官的延伸，研究那些危险、恐怖或人力难以企及的未知空间。