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揭秘美国昆虫间谍:飞蛾变身半机械飞行器(图)

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2012-12-28 8:01:17

 

来源:新京报
 
昆虫间谍成长图昆虫间谍成长图

  下次,当你注意到身边有只蜂鸟或是蜻蜓在扇动翅膀轻盈飞舞时,你可要小心了,因为这些小鸟或昆虫或许也在暗中窥视你。据美国媒体披露,美国国防部已投入数百万美元,应用仿生学原理研发微型侦察飞行器。经过多年研发,鸟类和昆虫间谍技术逐步成熟,它们能携带摄像机和录音装置,潜入侦查区域录下视频或音频。研究人员希望,这些迷你飞行器既能在前线侦察敌情,也可飞进危险的地震灾区或化学物质泄漏区域搜寻受困人员。

  2月25日,加州航空环境公司正式向媒体展示其研发的新一代微型飞行器——“纳米蜂鸟”。

  鸟类

  蜂鸟间谍是飞行高

  “纳米蜂鸟”翼展16.51厘米,重量与一节5号电池相近,虽然样子不起眼,但它的功能已经很完备,“蜂鸟”相当于一个迷你版的无人侦察机,腹部装有微型摄像机,飞行速度能达17公里/小时。尽管样貌和真正的蜂鸟相比略显僵硬,人造蜂鸟几乎拥有同样高超的飞行技巧:通过快速扇动身体两侧的翅膀,能够上下左右自由飞动,还能旋转和盘旋。

  展示会上,“纳米蜂鸟”绕着它的研发者、项目负责人马特·克努的头部飞过,然后稳稳地落在马特的手掌上。在远程控制下,“纳米蜂鸟”可以悄悄接近窗户,然后落在窗沿边收集情报。

  航空环境公司此次研制蜂鸟飞机,是受美国国防部委托,前后经过5年的开发,耗资400万美元才有所回报。项目负责人马特·克努称,研究微型间谍飞行器是一项颇具挑战的工作,最大的难题是,如何制造一架既能长期飞行,又能遥控或自主控制的飞行机器。

  多年来,航空环境公司一直是小型飞行器行业的领军者,他们的产品包括:能够飞行的机械蜥蜴;以氢燃料为动力的小型飞机,它可以飞到大气层最上端的平流层,侦测大片地面区域;还有号称“乌鸦”的小型无人机,这种“乌鸦”仅重1.8公斤,手动投到空中后能传回前方情报,“乌鸦”已被驻伊拉克和阿富汗美军用于侦查路边炸弹。这些小型飞行器虽然都不像昆虫或鸟类,但它们为更逼真的仿生飞行器铺平了道路。

  昆虫

  间谍昆虫成为发展目标

  除了让飞行器变得越来越小外,还有研究人员打算走另一条“捷径”,将活生生的昆虫变成半机械的飞行间谍。美国国防部先进研究项目局的科学家正在实验,是否可以在昆虫变态发育过程中植入摄像头或传感器,并通过电刺激它们的翅膀控制其飞行。这种经过改造的昆虫间谍,就能大批出动,飞到各个角落为军方收集情报。

  美国国防部先进研究项目局的研究人员相信,可以利用昆虫在变化成蛹期间的特性来将其改装成机器昆虫。因为昆虫在每个变态发育阶段,其身体都会完成一次更新,伤口能得到修复,被植入异物后内部器官会重新排列。

  昆虫学家认为,这样的改造方案并非异想天开,但要改变昆虫亿万年进化所得的习性并不容易。英国牛津大学教授乔治·麦克加文指出:“成年昆虫生存的目的只有一个:产卵繁殖。要改造昆虫就得重新给它制定行为模式。”事实上,美国国防部先进研究项目局就曾有过失败的例子,他们希望利用蜜蜂和黄蜂来侦察爆炸物,但由于昆虫的本能占了上风,这些昆虫常会在“执行任务”时去觅食或交配。

  原理

  电子芯片让飞蛾变傀儡

  作为DARPA“混合微电子昆虫”项目的一部分,美国康奈尔大学的研究人员已经成功改造了烟草天蛾。烟草天蛾的幼虫变成蛹后被植入一个微电子传感器,蛹成熟后变成寿命相对较长的蛾子。烟草天蛾们体内的传感器就能控制其肌肉,实现远程操纵烟草天蛾飞行。

  昆虫在飞行时,根据肌肉控制的方式可分为两类:一种被称为飞行肌肉同步控制,或直接飞行机制,即神经刺激与肌肉的收缩实现一对一匹配,如蜻蜓、蜉蝣等,这样能进行精准的飞行控制;另一类为非同步飞行控制或间接飞行机制,即神经刺激间接控制肌肉收缩,神经元的输出只控制飞行的开始、停止以及调整强度,也就是说,一次刺激能导致多次肌肉收缩。甲虫、蝇类和蝴蝶等多数昆虫都采用第二种飞行方式,因此科学家选择后者进行研究。

  被植入烟草天蛾体内的微电子传感器仅有56平方毫米大,重0.5克。其携带的电池能产生5伏特的电压,刺激烟草天蛾的肌肉进行飞行。实验表明,当烟草天蛾还是蛹时植入传感器效果最好。

  难题

  控制芯片重量成短板

  虽然在实验中实现了对昆虫的控制,但科学家面临的一个现实问题是植入芯片的重量。

  美国加州大学伯克利分校的科学家也在两种甲虫的身上进行类似尝试:微电子系统被植入甲虫体内四个位置,尽管能精确控制飞行方向,但由于芯片的重量过重,第一种实验对象绿金龟根本飞不起来,只有第二种名叫拖瓜塔花金龟的大型甲虫能顺利起飞,最长飞行时间也不过1分钟。这种非洲甲虫最大能长到人的手掌那么大,是甲虫家族中的大力士。不过如果侦查任务都要依靠这种不善飞行的巨人甲虫来完成显然不太现实。

  于是,康奈尔大学的研究人员着手改进电池,为了找到一种能持续长久提供动力的能量来源,他们最终选择了放射性同位素,其半衰期为12年,这意味着电池能源源不断地提供能源。但是这又带来了新的问题,首先是放射性元素对人体和生物体的机体具有致癌或遗传效应,其次是辐射是否会破坏微电子设备甚至昆虫本身。

  应用

  走进现实只是时间问题

  美国军方表示,这些间谍也能用于其他用途,如警察用它来侦查复杂的环境,或探测危险化学物质泄漏;它们也能帮助消防员勘查危险。

  “混合微电子昆虫”项目负责人艾米特·拉尔透露,美国军方改造昆虫的灵感实际上来自科幻小说《雀鹰》。不过《雀鹰》也警示了改造生物可能引发的未知风险,在这部科幻小说中,由于黑客入侵,头脑由芯片控制的巨型动物被歹徒利用。

  科普作家莱恩指出,改造生物和仿真机械的技术一旦成熟,就将改变情报收集方式:硝烟弥漫的战场上,飞过的一只鸟可能是观测敌情的机械鸟;被改造后的昆虫会悄悄飞入嫌疑人或间谍的住所,不留痕迹地执行监听任务;在污染严重或有致命辐射的地区,大批人造昆虫能完成观测任务并全身而退……在莱恩看来,这样的变革只是早晚的问题,同时也将不可避免地引发民众对政府的怀疑和不信任。

  一旦昆虫间谍真的出现,它们面临的不只是技术困难,还有法律问题。《电子间谍战》一书作者彼得·辛格尔指出,昆虫间谍如果被警察用于侦查,就可能侵犯公民的隐私。随着越来越多仿生机器人成为人们生活中的一部分,也将给生活方式带来巨大影响。

7.1 

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拿了桔子跑哇~

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