小強拯救人類!「背」上電腦晶片,可以控制半機械蟑螂運動,未來用於救援

小強拯救人類!「背」上電腦晶片,可以控制半機械蟑螂運動,未來用於救援

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夏天到了,家裡的蟑螂是不是又在蠢蠢欲動了?蟑螂這個東西,可以說是人人喊打,但是呢,也是「打不死的小強」。

既然如此,我們為什麼不換個想法,既然不能消滅它,那麼為什麼不干脆利用蟑螂?

最近,新加坡南洋理工大學的研究人員就提出了一個想法,他們在蟑螂身上安裝了裝配了紅外線攝影鏡頭、二氧化碳感測器和溫度/濕度感測器等功能的小型電腦晶片,這下子,蟑螂就能被遠端控制,想讓它往哪個方向它就往哪個方向。 

研究人員表示,這種背上了電腦「背包」的蟑螂在未來還能用於執行搜索和救援任務。沒想到吧,或許將來有一天,我們還會被蟑螂拯救。

這項研究目前已經以論文的形式進行了發表,感興趣的同學可以自取:

論文下載連結

 

用電刺激控制蟑螂移動,還能用於救援任務

可能不少人覺得這動物世界種類千千萬,為什麼偏偏要選擇蟑螂呢?

根據研究人員解釋,蟑螂主要可以透過神經、神經肌肉或感覺位置的電刺激進行控制。同時由於昆蟲能夠透過自身提供大部分「能量」,因此需要構建到計算陣列中的電能是最少的。

也正是得益於此,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,一般來說可以運作1個小時,這對於實際應用而言也頗有助益。

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從下圖可以看到,這隻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。電流透過電極傳送到兩個尾須,引起轉動,當左側尾毛受到刺激時,蟑螂就會向右轉,反之則會向左轉。

透過這樣的方法,科學家們能夠輕易地控制蟑螂移動的方向。聽上去和用槳划船差不多。

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不過,在整個過程中,蟑螂仍然能夠控制自己腿部的運動,這也就意味著,如果蟑螂一開始處於靜止不動的狀態,首先可能需要其他的刺激讓它們動起來。

研究人員表示,微型機器人要真正為搜救任務服務做好準備,還有很長一段路要走。其中主要的問題在於,電池的局限性、「運動的運算負載」和避障系統。

作為替代解決方案,他們開發了一種電腦和生物混合體,即這種半機械蟑螂,把微控制器和攝影鏡頭連接到蟑螂背部。

這種半機械蟑螂結合了使用自定義控制演算法和昆蟲本身的導航能力來探索複雜的地形,其「人體存在檢測」系統則使用了一種由自定義機器學習模型引導的紅外線攝影鏡頭。

因此,半機械蟑螂不僅能夠自主導航,還能夠在倒塌的建築物等受損環境中找到和檢測人類。

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基本行為銜接流暢,人類識別準確度高達90%。我們首先來看看這種半機械蟑螂的左右轉行為表現。

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可以看到,蟑螂下達命令後能夠做到左轉、右轉和加速。這些指令都是通過無線傳輸從一台電腦,再傳到安裝在蟑螂背部的接收器上。然後,接收器對指令進行解讀,產生相應的電刺激,以此誘導蟑螂做出相應的行為。

隨後,該團隊通過將蟑螂放置在包含多個人類和非人類目標的模擬環境中,測試了半機械蟑螂在這種複雜地形中的導航和尋找人類的能力。

研究人員表示,儘管事先缺乏任何障礙物訊息,但蟑螂仍然能夠成功地引導自己穿越地形,再加上利用紅外線攝影鏡頭和人體檢測演算法正確地對人類進行分類,從而忽略非人類主體。

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根據論文介紹,機載紅外線攝影鏡頭是一個32×32像素的小型感測器,具有90度視野。研究人員表示,在離主體一公尺半的距離內,系統在區分人類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,整體成功率會提高到90%。

雖然由於硬件限制,尚無法即時跟蹤蟑螂,但研究人員希望在未來透過可以中繼到控制中心的低能量訊號來實現這一點。

小蟑螂也有大用處

其實,巧用蟑螂的構想,在2014年就有了。

北卡羅萊納州立大學電氣和電腦工程助理教授Alper Bozkurt說:「在倒塌的建築物中,聲音是尋找倖存者的最佳方式。」

於是,研究人員為蟑螂安裝了帶有微型麥克風的電動背包,用於檢測最微弱的聲音。透過讓機器蟑螂進入被地震襲擊的建築物,就能幫助緊急救援人員找到倖存者。

「我們的目標是使用具有高解析度麥克風的生物機器人來區分聲音,比如人們呼救和無關緊要的聲音,比如管道漏水的聲音。」

「一旦確定了聲音,我們就可以使用配備麥克風陣列的生物機器人來鎖定聲音來源。」

同樣的,這些蟑螂背上也背有一個「背包」,用於控制著它們的行為,這些裝置也都是直接連接到蟑螂的尾部,透過電刺激促使蟑螂向某個方向移動。

這種「背包」配備了一組三個定向麥克風,用於檢測聲音的方向,並將蟑螂引導到正確的方向。另一種類型配備單個麥克風,可以捕捉來自任何方向的聲音,然後可以無線傳輸給急救人員。

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這些蟑螂在實驗室測試中「運行良好」,專家們還開發了可用作「隱形圍欄」的技術,將生物機器人保持在某個區域,例如災區。  

這項技術還可用於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能電池板充電。

隨著技術的發展,就連蟑螂這樣被我們討厭人人喊打的動物也能派上用場,未嘗不是一件好事。這樣的蟑螂,你會愛它嗎?

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