《A级黄色》

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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