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人机同体时代来临

发布时间:[2009-08-06]   新闻来源:[汇龙搅拌反应干燥设备工厂]

  一只大金龟子在空中盘旋,飞高飞低,忽左忽右。一位工程师用无线遥控这只小虫。通过远程发送电刺激讯号到它的脑部及翅部飞行肌,工程师可以让这只半机械化的甲虫起飞,转弯,或是停在半空中。
    据麻省理工《科技商评》杂志报道 迈克尔马哈比斯(Michel
Maharbiz)将机械与生命体系联系在一起的新型接合技术可能将开创一个人机同体装置的新时代。
    一只大金龟子在空中盘旋,飞高飞低,忽左忽右。但这只昆虫却不是一只害虫,也无法控制自己的飞行路线。一个植入性接收器,一个微型控制器,一粒微型电池,以及六个精巧安装的电极——负载不到一枚一角硬币,重量不超过一块口香糖——就可以让一位工程师无线控制这只小虫。通过远程发送电刺激讯号到它的脑部及翅部飞行肌,工程师可以让这只半机械化的甲虫起飞,转弯,或是停在半空中。
    这只甲虫的创造者,迈克尔马哈比斯,希望有朝一日他的小虫能携带传感器或是其它装置,在搜救任务中到达人或地面机器人难以企及的地方。这些装置造价低廉:材料只花5美元,而电子设备也来自现成的构件。“它们可以飞进细小的裂隙,可以装配热传感器以寻找受伤的幸存者,”
加州大学伯克利分校助理教授迈克尔马哈比斯说。“而我们现在通过完全合成系统做不到这一点。”
    马哈比斯的专长就是人机同体的设计,从单个细胞到完整的生物个体。他的目标就是创造一种新型的“生物机械”,利用活细胞在极低能耗的情况下仍保持精细准确地运动,交流,以及计算的能力。马哈比斯预想这类装置可以收集,处理,储存它们所处环境的信息,并对之做出反应。替代受损器官的组织就可以是一个示例,而骨板也可以自我修复或是根据环境影响进行重新构型。100年之内,马哈比斯说,“我敢打赌这类机械将会到处都是,它们脱胎于细胞却完全由人工设计。”
    遥控甲虫是一个早期的成功故事。甲虫综合了视觉,机械,以及化学信息以控制飞行,而所有这些仅消耗很少量的能量——而这样的成就通过简单拼凑仿造是不可能复制得了的。为了把甲虫打造成一个实用而精巧的像搜救“机器人”般的装置,马哈比斯的团队需要设计出一种输入及输出装置以便与昆虫的神经系统进行有效的交流并对其进行控制。多亏了微细加工技术的发展,微小的能源利用水平的提高,以及微电子机械系统(MEMS,可组装成无线电和微控制器的微型机械装置)精密度的提高,这样的结合现在才得以实现。
    在甲虫背部装有一个定制的线路板,板上有一个可以量产的无线电接收器。六个电极刺激器蜿蜒分布在从线路板到昆虫视(神经)叶,大脑,以及左右基底飞行肌的各个部位。一个膝上型电脑的附属发射器通过运行特制的软件可以向接收器发送讯号,向视叶发出小的电脉冲信号以开始飞行,还可以向左或右飞行肌发出信号进行一个转弯。因为接收器向甲虫神经系统发出较高级的指示,它只能控制飞行的开始或结束,而不是发出连续的信号以保持甲虫的飞行。
    其他人则发明出了可以遥控老鼠或其它动物运动的结合技术。
但是昆虫则要小得多,因此也更具挑战性。马哈比斯是为数不多的几个兼具足够生物学知识和机械工程学知识的科学家之一,他能成功地将一个动物的神经系统与MEMS系统相匹配。他的团队预先调整了甲虫蛹的阶段,因而在甲虫的成虫阶段就无法看到它们的植入物,如果应用在秘密任务中这将是非常有价值的特性。
    研究者们现在正在研究新型微刺激器以及MEMS无线电接收装置,以期得到更精细的神经靶点以及更微小的系统。
    半机械化甲虫只是马哈比斯实验室所孕育的一系列新技术中的一项,这些新技术包括微流控分析芯片,这种芯片可以分配定量的氧以及其他化学物质——甚至是DNA——到单个细胞。这类系统可以用来精确控制细胞数量的改变。最终,马哈比斯希望发展出一种程式化的基于细胞的材料,就像那些奇妙的骨板自我修复一样。而眼下,他的团队正致力于寻找操控类似甲虫这类装置的最佳方法。“我们想知道,”马哈比斯说,“控制的极限究竟在哪里?”
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