日本理化学研究所：微型3D打印设备背包将昆虫变成遥控机器人

颗粒在线讯：2022年9月9日，日本理化学研究所新兴物质科学中心（CEMS）的研究人员，使用3D打印技术创造了一种设备，可将蟑螂转化为可远程控制的机器人。

△研究人员采用3D打印技术制造的神经控制背包

该团队的小型设备背包，由一种弹性聚合物3D打印而成，以紧贴昆虫弯曲的外壳，还可以携带运动控制模块和太阳能电池。通过这些装置，通过电刺激蟑螂的大脑获得实时导航指令，并且还配备了太阳能电池，可以持续获得机器人的控制权。

理化学研究所的Masataka Sasabe说："保持电池电量的充足，是推进该研究的核心技术，因为没有人希望自己的机械蟑螂突然到处游荡。虽然，可以通过建立充电桩电池充电，但是考虑到长远的发展，机器机载蟑螂会因在返回的途中，不能顺利完成既定的任务和耽搁时间。因此，最好的解决方案是机载一块太阳能电池，可以持续保持充电状态"。

△该团队提到的有机太阳能电池模块结构

机器搜救昆虫？

CEMS的科学家们，引用了南洋理工大学去年进行的半机械人昆虫研究，称可控昆虫在未来的城市搜索和救援工具中具有巨大的潜力。从理论上讲，该团队认为这些小生物，可以用来帮助人类探索无法进入的危险区域。但他们补充说，目前该技术在为微型控制设备持续供电方面，仍然还有很多技术需要解决。

为了尽可能的减少这些机器人返回基地充电，因此，科学家们采用能量收集技术，尽可能的在移动中充电。虽然酶生物燃料电池的最高记录输出为333 μW，并且在之前的研究中已证明足以控制蟑螂，但CEMS团队目前表示，太阳能设计可以在这个基础上提高到10mW。

考虑到这一点，研究人员将主要问题的突破点，寻找可以将太阳能电池和导航装置固定在昆虫身上的方法，而不会给昆虫带来太大的负面影响或损害行为能力。

CEMS科学家在他们的研究论文中解释说：“要将设备集成到表面积有限，并且承载负载很小昆虫中并非易事，需要大面积太阳能电池的优化设计和集成策略。由于太阳能电池的输出功率与面积成正比，因此，设备的负载与活动关节之间的接触，都会大大削弱运动能力。”

△3D打印技术，可以解决蟑螂在通过障碍物时遇到的问题

将蟑螂变成遥控机器人

首先科学家们采用了马达加斯加蟑螂，这是世界上最大的蟑螂之一，身体长达7厘米。使用Formlabs的Form 3 3D打印机和Elastic 50A材料制造他们的3D打印背包，既可以适应昆虫身体弯曲的灵活性，又可以为电子设备提供理想的安装平台。

研究人员发现能够将一个4微米厚的有机太阳能电池模块，安装在昆虫的腹部，它可以产生约4.2伏的电力输出。这个电荷可以用来为一个无线模块供电，该模块能够接收来自外部服务器的信号，并通过电击大脑让蟑螂遵守这些信号。

在早期的障碍物通过测试环节中，太阳能电池被证明太厚或僵硬地连接在一起，这种方式减缓了它们的速度，并使它们难以自我纠正。然而，通过用一种树脂粘合剂取代3微米厚的薄膜将电池固定住，该团队发现他们的昆虫机械人要灵活得多。

当涉及到充电性能时，经测试太阳能电池模块，能够在充满电后为设备供电两小时。因此，研究人员得出的结论是，他们的方法是一种有效的“将电子设备安装在蟑螂身上的设计策略”，这可能有助于 “扩大机械昆虫的活动范围和实现多种功能。”

△该团队的研究题目为“将超软有机太阳能电池，集成在具有完整移动能力的半机械人昆虫身上”

制造半机械人蟑螂可能是3D打印研究的小众领域，但该技术也被用于开发人类思维控制和大脑治疗设备。renishaw 公司的3D打印神经注射给药装置，目前已取得了重大进展，该装置是Renishaw 与Herantis Pharma共同开发的一个平台，用于治疗帕金森症，目前已经完成了临床试验。

在其他地方，去年在 Aston大学开展的一个项目中，科学家们探索了3D生物打印，在治疗神经系统疾病方面的潜力。作为欧盟支持的Meso-Brain项目中的一部分，该团队生成了定制的3D打印干细胞衍生神经元，可用于开发新一代疾病建模和测试工具。