賽博格蟑螂穿上「潛水裝」 從震災搜救進軍水下任務

賽博格蟑螂穿上「潛水裝」 從震災搜救進軍水下任務

過去十多年來,科學家成功開發出「賽博格昆蟲」(Cyborg Insects),並將這種半機械生物實際應用於搜救行動。去年緬甸7.7級強震後,新加坡就派了10隻賽博格蟑螂,揹上裝有紅外線攝影機與感測器的背包,深入斷垣殘壁,偵測是否有人體熱源。
如今,新加坡南洋理工大學與日本早稻田大學攜手合作,進一步為這些蟑螂開發迷你潛水裝,未來有望助洪害或其他水下搜救工作一臂之力。
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新加坡南洋理工大學機械與航太工程教授佐藤(Hirotaka Sato)手持一隻穿有潛水服的馬達加斯加蟑螂。圖片來源:NTU Singapore

賽博格蟑螂成救災新星

天災時,若能有大量生物機器人協助搜救,能更有效尋獲生還者,但這些機器人體型不能太大,還得配有足夠電力供應長時間的運作。於是,有科學家將目光投向蟑螂:不僅無須擔心能源問題,還擁有高速移動、內建躲避障礙物的反射能力。
科學家嘗試在蟑螂身上安裝微型電子設備來遠端遙控、引導方向,由於牠們會自己爬行,耗電量遠低於由電池驅動的機器人。這類結合電子控制的蟑螂,又被稱為賽博格蟑螂(cyborg cockroaches)。
問題是,賽博格蟑螂仍須靠自己呼吸,蟑螂本身是透過呼吸孔(spiracles)讓空氣進入體內作氣體交換。倘若全身浸在水中,便無法獲取氧氣,這成了水下任務的一大阻礙。
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為賽博格蟑螂設計的專用潛水服,配有氧氣生產裝置,以及連接至呼吸孔的矽膠管線。圖片來源:NTU Singapore

披上「潛水裝」出動

「我們的新型潛水裝能產生氧氣並輸送到蟑螂的呼吸孔,使牠們能在水下或低氧環境中活動,」領導這項新研究的新加坡南洋理工大學機械與航太工程教授佐藤(Hirotaka Sato)說。
這套為蟑螂設計的潛水裝,由三個部分組成,包括一個外殼、一個氧氣生產裝置以及四條供氧管線。其中的氧氣裝置,並非人類潛水常見的加壓氧氣瓶,而是透過化學反應產生氧氣。
氧氣裝置由壓克力類樹脂(PMMA-type resin)3D列印而成,內部是一塊塗有二氧化錳的海綿。只要注入微量、稀釋過的過氧化氫,二氧化錳就會緩慢分解過氧化氫,並釋出氧氣。
研究團隊這回選擇在馬達加斯加蟑螂(Madagascar hissing cockroach)身上測試,這種蟑螂體長可達5~10公分不等,身形較厚實且沒有翅膀,過去就常被用於賽博格昆蟲研究。
潛水裝上有四條矽膠製成的管線,連接於蟑螂軀幹中間的呼吸孔,供應氧氣。管線相當纖細,事後可以安全移除。研究團隊補充,實驗過程中沒有任何昆蟲受到傷害。
經實驗,身穿潛水裝的五隻蟑螂,無論在陸地或水下都能自在移動,在陸地時平均速度是每秒8.75公分,在水裡也能達每秒7.84公分。牠們能在水深50公分的地方活動達三小時,且無不良反應,三天後仍然健康。這項研究今年6月底發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊。
未來,這些身著潛水裝的賽博格蟑螂有望投入水中搜救工作。佐藤表示,在暴雨或洪水過後,搜救人員可能難以前往水溝與狹窄、充滿瓦礫的縫隙,但這些迷你昆蟲有機會深入現場,輔助判讀情勢。
他還希望,類似的裝備有朝一日能將蟑螂送上太空執行任務,「這個技術是為賽博格昆蟲打造太空服的第一步,未來牠們或許能在火星表面執行探索任務。」

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