微型3D打印設(shè)備背包將昆蟲變成遙控機(jī)器人

2022年9月9日,，南極熊獲悉,，日本理化學(xué)研究所新興物質(zhì)科學(xué)中心（CEMS）的研究人員，使用3D打印技術(shù)創(chuàng)造了一種設(shè)備,，可將蟑螂轉(zhuǎn)化為可遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人,。

△研究人員采用3D打印技術(shù)制造的神經(jīng)控制背包

該團(tuán)隊(duì)的小型設(shè)備背包，由一種彈性聚合物3D打印而成,，以緊貼昆蟲彎曲的外殼,，還可以攜帶運(yùn)動(dòng)控制模塊和太陽(yáng)能電池。通過(guò)這些裝置,，通過(guò)電刺激蟑螂的大腦獲得實(shí)時(shí)導(dǎo)航指令,，并且還配備了太陽(yáng)能電池，可以持續(xù)獲得機(jī)器人的控制權(quán),。

理化學(xué)研究所的Masataka Sasabe說(shuō)："保持電池電量的充足,，是推進(jìn)該研究的核心技術(shù)，因?yàn)闆]有人希望自己的機(jī)械蟑螂突然到處游蕩,。雖然,，可以通過(guò)建立充電樁電池充電，但是考慮到長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展,，機(jī)器機(jī)載蟑螂會(huì)因在返回的途中,，不能順利完成既定的任務(wù)和耽擱時(shí)間。因此,，最好的解決方案是機(jī)載一塊太陽(yáng)能電池,，可以持續(xù)保持充電狀態(tài)"。

△該團(tuán)隊(duì)提到的有機(jī)太陽(yáng)能電池模塊結(jié)構(gòu)

機(jī)器搜救昆蟲,？
CEMS的科學(xué)家們,，引用了南洋理工大學(xué)去年進(jìn)行的半機(jī)械人昆蟲研究，稱可控昆蟲在未來(lái)的城市搜索和救援工具中具有巨大的潛力,。從理論上講,，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這些小生物，可以用來(lái)幫助人類探索無(wú)法進(jìn)入的危險(xiǎn)區(qū)域,。但他們補(bǔ)充說(shuō),，目前該技術(shù)在為微型控制設(shè)備持續(xù)供電方面，仍然還有很多技術(shù)需要解決。

為了盡可能的減少這些機(jī)器人返回基地充電,，因此,，科學(xué)家們采用能量收集技術(shù)，盡可能的在移動(dòng)中充電,。雖然酶生物燃料電池的最高記錄輸出為333 μW,，并且在之前的研究中已證明足以控制蟑螂，但CEMS團(tuán)隊(duì)目前表示,，太陽(yáng)能設(shè)計(jì)可以在這個(gè)基礎(chǔ)上提高到10mW,。

考慮到這一點(diǎn)，研究人員將主要問(wèn)題的突破點(diǎn),，尋找可以將太陽(yáng)能電池和導(dǎo)航裝置固定在昆蟲身上的方法,，而不會(huì)給昆蟲帶來(lái)太大的負(fù)面影響或損害行為能力。

CEMS科學(xué)家在他們的研究論文中解釋說(shuō)：“要將設(shè)備集成到表面積有限,，并且承載負(fù)載很小昆蟲中并非易事,，需要大面積太陽(yáng)能電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)和集成策略。由于太陽(yáng)能電池的輸出功率與面積成正比,，因此,，設(shè)備的負(fù)載與活動(dòng)關(guān)節(jié)之間的接觸，都會(huì)大大削弱運(yùn)動(dòng)能力,�,！�

△3D打印技術(shù)，可以解決蟑螂在通過(guò)障礙物時(shí)遇到的問(wèn)題

將蟑螂變成遙控機(jī)器人
首先科學(xué)家們采用了馬達(dá)加斯加蟑螂,，這是世界上最大的蟑螂之一,，身體長(zhǎng)達(dá)7厘米。使用Formlabs的Form 3 3D打印機(jī)和Elastic 50A材料制造他們的3D打印背包,，既可以適應(yīng)昆蟲身體彎曲的靈活性,，又可以為電子設(shè)備提供理想的安裝平臺(tái)。

研究人員發(fā)現(xiàn)能夠?qū)⒁粋�(gè)4微米厚的有機(jī)太陽(yáng)能電池模塊,，安裝在昆蟲的腹部,，它可以產(chǎn)生約4.2伏的電力輸出。這個(gè)電荷可以用來(lái)為一個(gè)無(wú)線模塊供電,，該模塊能夠接收來(lái)自外部服務(wù)器的信號(hào),，并通過(guò)電擊大腦讓蟑螂遵守這些信號(hào)。

在早期的障礙物通過(guò)測(cè)試環(huán)節(jié)中,，太陽(yáng)能電池被證明太厚或僵硬地連接在一起,，這種方式減緩了它們的速度，并使它們難以自我糾正,。然而,，通過(guò)用一種樹脂粘合劑取代3微米厚的薄膜將電池固定住，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們的昆蟲機(jī)械人要靈活得多,。

當(dāng)涉及到充電性能時(shí),，經(jīng)測(cè)試太陽(yáng)能電池模塊，能夠在充滿電后為設(shè)備供電兩小時(shí),。因此,，研究人員得出的結(jié)論是，他們的方法是一種有效的“將電子設(shè)備安裝在蟑螂身上的設(shè)計(jì)策略”,，這可能有助于 “擴(kuò)大機(jī)械昆蟲的活動(dòng)范圍和實(shí)現(xiàn)多種功能,。”

△該團(tuán)隊(duì)的研究題目為“將超軟有機(jī)太陽(yáng)能電池,，集成在具有完整移動(dòng)能力的半機(jī)械人昆蟲身上”的論文中獲得更多內(nèi)容（傳送門）

制造半機(jī)械人蟑螂可能是3D打印研究的小眾領(lǐng)域,，但該技術(shù)也被用于開發(fā)人類思維控制和大腦治療設(shè)備。Renishaw 公司的3D打印神經(jīng)注射給藥裝置,，目前已取得了重大進(jìn)展,，該裝置是Renishaw 與Herantis Pharma共同開發(fā)的一個(gè)平臺(tái)，用于治療帕金森癥,，目前已經(jīng)完成了臨床試驗(yàn),。

在其他地方，去年在 Aston大學(xué)開展的一個(gè)項(xiàng)目中,，科學(xué)家們探索了3D生物打印,，在治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的潛力。作為歐盟支持的Meso-Brain項(xiàng)目中的一部分,，該團(tuán)隊(duì)生成了定制的3D打印干細(xì)胞衍生神經(jīng)元,，可用于開發(fā)新一代疾病建模和測(cè)試工具。