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一半昆虫一半机械，活蜻蜓无人机试飞成功，开启半机械化生物时代(🐍)

喜欢(💇)科幻电影的朋友都知道，广义的赛博格（Cyborg）指的就是半生物半机械。但如(🚺)今这并非只是科幻，科技已经将其变成现实。

一直以来，仿生学家都期望能够模仿造物主鬼斧神工的生物设计和构造。虽然科学家已(👳)经尽可能地从各个方面模仿自然(🙄)界中昆虫的飞行(💝)来制造微(🏍)型无人机，然而(🔹)目前还没有任(🚫)何机械仿生无人机能够比得上昆虫本身的飞行效率和机动性。

但你见过半机械活蜻蜓吗？科学家通过基因编辑技术，设计出一半是昆(🗃)虫、一半是机械的活蜻蜓机器人，而且还试飞成功了。

一家位于马萨诸塞州剑桥市的研发公司 Draper 就提出来一种“双赢”的方法——将科技与生物相结合，用技术改造蜻蜓本身，使其获得可控制及自主导航飞行功能。这(🥪)家初创公司源自麻省理工学院。

Draper工程师们将微型导航技术、合成生物技术(🎶)以及神经科学技术相结合，开发出一种新型混合无人机系统——可控制(🛒)的“蜻蜓无人机”。这只蜻蜓名为“DragonflEye”，它背了一个(✅)指甲大小的控制“背包”，里面配置了太阳能电池、(🏝)控制器和传(🙋)感(🎙)器，可供操作人员(🧥)远程控制。

在全球蜂群锐减的情况下，DragonflEye的微型引导 “背包技术”系统将能够协(🎛)助昆虫进行授粉，并且有(🗼)望通过检测蜂群的飞行模式(🥖)、迁徙及整体健康状况等(❗)找出其(📵)数量减少的可能原因。

举例而言，蜜(🐡)蜂作为自然界最重要的授粉(👵)昆虫之一，每年为美国农(🏡)业贡献超过 150 亿(🚧)美(📖)元(🐋)的产值，但其种群密度(⏸)却在最近 25 年来缩减了一半，这其中实际上存在相当的市场空间。

图 | 一比一大小的蜻蜓模型及第一代背包导航系统，包括能量收集、导航及光刺激模块等

与(🎶)传统生物机器人相比，DragonflEye 的独特之处在于，它不需要“欺骗”昆虫的感受器或直接控制它的肌肉，而是使用光学(🎏)电极来对经过基因编辑的昆虫神经系(🐹)统发(💾)号施令。

这意味着，蜻蜓可以在保留其原生飞行技能的前提下被操控飞行，而这是其他微型(🚪)空中(⏫)机器人所不具备的。

“DragonflEye 代表的是一类全(♟)新的微型飞行器，比其他任何人造飞行(🔽)器都更加微小、轻盈和隐秘。” Draper公司生物医学工程师兼该项(😡)目首席研究员Jesse J. Wheeler称。“这种飞行器将能量收集(🕋)、运动感知、算法、微型化以及光遗传学（optogenetics）等各种先进技术都集成在一个昆(🙊)虫能够负载的微型背包系统中。”

研究团队表示，之所以选择蜻蜓而不是别的昆虫作为实验对象，主要是因为蜻蜓(👎)拥有诸多优点：

· 蜻蜓广泛存在，取材方便(🎏)；

· 蜻蜓在仅(🛴)有约 600 毫克的重量下，能实现 9 倍重力加速度，并且体积小，擅于长途飞行；

· 与机械飞行机器人相比，蜻蜓机器人可以通过捕食自行补充能量，而控制系统的能源也可以通过太(✉)阳能解决，因此在续航和效率方面更有优势。

图 | DragonflEye下一步研发将集中在增加(🗄)监测与控制功能及减少控制背包重量方向上

DragonflEye 项目是 Draper 公司与霍华德·休斯医学研究(🐪)所（Howard Hughes Medical Institute，HHMI）下属的新型科研(🍢)机构 Janelia Farm 所属团队合作的成果，该团(🧘)队开发(🌴)出一种新型光遗传学工具，能够从微型背包向蜻蜓神经系统中与转向相关的(📊)特定神(😥)经(🤧)元发送“控(🆔)制命令“。

这(🐁)项由霍华德·休斯医学研究所研究员 Anthony Leonardo 领导的前期研究，进一步增强了(💩)研究者对蜻蜓神经系统中控制飞行的“转向神经元”的深入理解。这些研究者们尝试利用合成生物技(♍)术，将具有类似于眼睛感光功能的基因(👩)片段嵌入(🧚)蜻蜓的“转向神经元”中，从而使这些神经元具有光刺激敏感性。

Draper公司的研究者则致力于开发一种称为“光极”（optrodes）的微型光学结(🏇)构，能够从微(📇)型背包系统发出光脉冲，进入蜻蜓的神经索并激活其特定(🌕)的“转(🍍)向神经元”。

传统光纤过于坚硬，不适于包裹蜻蜓微小而脆弱的神经索。所以，Draper公司开发出一种新型柔性“光极”结构，能够以亚毫米级精度弯曲光束，从而能(😚)够精准地定位神经(🛌)激活(🥧)的(🏎)靶向位置，并且(🤕)不会损坏相邻的成千上万的神经元。

“总有一天，这类工具（光极）也会用于改进人类的医学治疗，提升疗效的同时副作用更小”，Jesse说。“我们的柔性光极技术提供了(🍵)一种新的解决思路，使得微型诊断、安全接入微小神经目标以(🔱)及高精准药物递送等成为可能。”

这种“蜻(⚡)蜓无人机”目前已经成功实现了试飞，但从严格意义上讲，其实是蜻蜓本身的自主飞行。但 Draper 公司(🎡)在各相关领域完善的(🕌)技术(🛣)解决方案，则是制造这种神奇(Ⓜ)的生(🤸)物机器人的关键所在。

以下是该公司的部分(💠)技术解决方案：

定位、导航及授时(🧜)（PN&T）：通过精密硬件技术、全面的算(♍)法及软件开发技术，以及独特的基础架构等(🌛)，开发并提供新型PN&T系统解决方案，来解决引导、(👍)导航和(🐤)控制问题。包括从高精准的洲际、潜射弹道导弹的惯性解决方案，到炮射弹药的集成惯性导航系统，再到GPS不适(🍸)用的苛刻环境下士兵导航等解决方案。

自主系(🔵)统：通过综合其任务规划、PN&T、情境感知等技术，开发和部署用于海、陆、空以及水下需求的自主(🌮)系统。这些自主系统依复杂度不同分为(📫)涉及人类干预的(⛵)系统(🎼)和没有(🦀)人类干预的完全自主系统。

微系统：通过定制封装与互连技术相结合，将超高集成密度（iUHD）的异构组件模块使得系统在保证功能性的同时，尺寸足够微小。

图丨蜻蜓背包导航系统的各个组件

生物医学解决方案：Draper公(🎯)司的生物医学方案解决能力主要集(🥖)中在微系统、微电子、计算建模、算法开发以及图像和数据分析等应用上，主要(🎌)涉及生物医疗及相关领域。具体包括应用于可穿戴或可植入的医疗装置、器官辅助装置(🌈)以及药物递送系统等的MEMS、微流控以及纳米结构技术等。

材料工程及微加工：Draper公司在宏观(⛵)、微观及纳观尺度范围设计、表征及(♎)加(🏍)工不同材料的专业技能。在多尺度范围理解材料的物理性质及行为，对于成功利用其设计组件或系统是至关重要的。

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