官方网站-首页

【导语】想象一下，在地震后的废墟中，一只身背微型电子背包的黑色甲虫，灵活穿梭于瓦砾缝隙，执行着搜救任务。这不是科幻场景，而是2025年由澳大利亚昆士兰大学、新南威尔士大学与新加坡南洋理工大学联合研发的真实技术——“赛博甲虫”（ZoBorg）。这种微型生命机器人结合了人类智慧与自然界的奇妙，正有望成为灾难现场的“先遣兵”，为人类救援带来革命性的改变。本文将带您深入了解这一创新技术及其背后的科学原理。

想象一下这样的场景，一场突如其来的地震过后，楼体垮塌、通信中断，传统搜救设备难以进入瓦砾缝隙，时间在滴答流逝。而就在这片碎石与灰尘之间，一只约3厘米长、身背微型电子背包的黑色甲虫，悄然钻进了一个人类机械所无法企及的角落。它不是普通昆虫，而是一种被赋予远程导航能力的“赛博甲虫”（ZoBorg），一种人类与自然协作而成的微型生命机器人。

甲虫机器人灾后搜救示意图（图片来源：作者使用AI生成）

这听起来像是科幻小说的桥段，但实际上，这是2025年澳大利亚昆士兰大学、澳大利亚新南威尔士大学(xué)与(yǔ)新(xīn)加(jiā)坡(pō)南(nán)洋(yáng)理(lǐ)工(gōng)大学联合开发的一项真实研究成果。通过精准的神经电刺激，这些甲虫可以被遥控(kòng)前(qián)进(jìn)、转(zhuǎn)向(xiàng)，甚(shén)至(zhì)垂(chuí)直(zhí)攀爬墙壁。科学家们希望，有朝一日它们能在灾难现场充当“先遣兵”，进入瓦砾缝隙中寻找生命迹象，为救援争取宝贵时间。

为什么我们选择操控一只甲虫，而不是造一台机器人？

在面对废墟、瓦砾、高低不平的灾后环境时，我们自然会联想到“搜救机器人”这个概念。但现实中的机器人，尤其是在昆虫大小这个尺度上，面临着众多工程学难题，它们需要自带肌肉系统的执行器，也需要类似神经系统的传感器与控制电路，以及强大的能源与结(jié)构(gòu)设(shè)计(jì)来(lái)支(zhī)持(chí)灵(líng)活(huó)运(yùn)动(dòng)。做(zuò)得(de)越(yuè)小(xiǎo)，这(zhè)些(xiē)挑(tiāo)战(zhàn)就(jiù)越(yuè)难(nán)克(kè)服(fú)。

而(ér)一(yī)只(zhǐ)真(zhēn)实(shí)的(de)昆(kūn)虫(chóng)，已(yǐ)经(jīng)天(tiān)然(rán)具(jù)备(bèi)了(le)这(zhè)一(yī)切(qiè)。ZoBorg计(jì)划(huà)选(xuǎn)择(zé)的(de)是(shì)一(yī)种名为(wèi)Zophobas morio 的(de)黑(hēi)腹(fù)果(guǒ)甲(jiǎ)虫(chóng)（俗(sú)称(chēng)“超(chāo)级(jí)虫(chóng)”）——这(zhè)种(zhǒng)昆(kūn)虫(chóng)的(de)成(chéng)虫(chóng)体(tǐ)长(zhǎng)约(yuē) 3 厘(lí)米(mǐ)，高(gāo)度(dù)约(yuē) 8 毫(háo)米(mǐ)，小(xiǎo)巧(qiǎo)、灵(líng)活(huó)，而(ér)且(qiě)天(tiān)生(shēng)就(jiù)擅(shàn)长(zhǎng)攀(pān)爬(pá)。这(zhè)些(xiē)甲(jiǎ)虫(chóng)拥(yōng)有(yǒu)进(jìn)化(huà)数(shù)亿(yì)年(nián)的(de)生物机体，包括带有微小吸附垫与利爪的足部结构、能感知墙面纹理与方向变化的触角，以及无需电池即可运作的高效肌肉动力系统。

ZoBorg机器人甲虫（图片来源：参考文献[1]）

研究人员并不是要替代这些复杂精妙的结构，而是以最小干预的方式，为其加装控制装置。他们设计了一种微型背包，内含红外接收器与微处理芯片，并向甲虫的鞘翅或触角植入电极，通过电刺激诱导特定运动指令。例如，刺激左侧鞘翅，甲虫就会向右侧横向移动；同时刺激双翅，则会加速前行；而通过刺激触角，还能诱导后退或转向等行为。

换句话说，ZoBorg 并不是一台从零搭建的机器人，而是一个 “活体机器虫平台”，人类只需“接管方向盘”，而驾驶的，是一位天然就熟练穿越复杂地形的老司机。

控制Zoborg跨越5毫米台阶（图片来源：参考文献[1]）

与传统机器人相比，这种“借(jiè)助(zhù)昆(kūn)虫(chóng)”的(de)方(fāng)式(shì)具(jù)有(yǒu)诸(zhū)多(duō)优(yōu)势：

极低能耗，昆虫自己就能运动，不需电机驱动；

高适应性：能爬墙、越障、钻缝隙；

结构成熟：无需设计传感器、控制器和执行机构；

成本低廉：一只(zhǐ)甲(jiǎ)虫(chóng)远(yuǎn)比(bǐ)一(yī)台(tái)微(wēi)型(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)来(lái)得(de)经(jīng)济(jì)。

赛(sài)博(bó)甲(jiǎ)虫(chóng)能(néng)力(lì)到(dào)底(dǐ)有(yǒu)多(duō)强(qiáng)

比(bǐ)起(qǐ)跨(kuà)过(guò)一(yī)个(gè)小(xiǎo)障(zhàng)碍(ài)，“从(cóng)地(de)面(miàn)转(zhuǎn)身(shēn)垂(chuí)直(zhí)爬(pá)墙(qiáng)”，对于任何一个机器人而言都是一道难关。这不仅涉及重力挑战、身体姿态调整，还要求足够的附着力和复杂的感知判断。而ZoBorg的最大突破，正是在这方面展现出惊人的能力。

研究团队设计了一种 “按需登墙”方案，让甲虫在接触到垂直墙面时，可以在指令引导下主动攀爬。整个过程分为三个阶段：

首先当ZoBorg靠近墙体时，电刺激让其加速并以特定角度接触墙面(miàn)。甲虫的触角和脚部感应器会判断前方的“障碍”是否可以攀爬。如果未能立即攀爬，系统会继续刺激其远离墙的一侧翅鞘，使其身体横向转动(dòng)，与(yǔ)墙(qiáng)面(miàn)平(píng)行(xíng)。接下来，通过反复电刺激诱导其横向运动，促使其从地面“侧身”切换到垂直墙面，完成完整转场。

控制Zoborg爬墙实验（图片来源：参考文献[1]）

这样的机制，模拟了自然中昆虫寻找路径的行为，它们本能地倾向于向“阻力更小”的方向移动，而垂直(zhí)墙(qiáng)面(miàn)，在(zài)某(mǒu)些(xiē)角(jiǎo)度(dù)下(xià)反(fǎn)而成为这种路径。

实验结果令人瞩目，在5毫米和8毫米的障碍高(gāo)度(dù)下(xià)，ZoBorg跨(kuà)越(yuè)成(chéng)功(gōng)率(lǜ)超(chāo)过(guò)92%，耗(hào)时(shí)通(tōng)常(cháng)不(bù)到(dào)1秒(miǎo)。而(ér)在(zài)垂(chuí)直(zhí)登(dēng)墙(qiáng)实(shí)验(yàn)中(zhōng)，ZoBorg的(de)总(zǒng)体(tǐ)成(chéng)功(gōng)率(lǜ)为(wèi)71.2%，其(qí)中(zhōng)68%是(shì)沿(yán)墙(qiáng)行(xíng)进(jìn)后(hòu)“转(zhuǎn)角(jiǎo)登(dēng)墙”，32%是在墙面中部直接完成攀爬。即使是实(shí)验(yàn)后(hòu)5天(tiān)再(zài)重(zhòng)复(fù)，ZoBorg的(de)登(dēng)墙(qiáng)表(biǎo)现依然维持在76%以上，显示出良好的稳定性与生物适应性。

Zoborg 被控制着在复杂地形上穿越（图片来源：参考文献[1]）

更值得一提的是，ZoBorg背负了一个重达自身近一倍的小型电子背包，依然能够完成墙面攀爬，并在室外粗糙石墙表面实现自由移动，这一点，许多微型机器人至今都难以企及。

总结

或许你不会想到，未来某个灾难现场，首先钻进废墟缝隙中寻找生命迹象的，不是一台机器人，而是一只甲虫ZoBorg 的出现，不只是一次技术突破，更是人与自然联手作战的真实写照。它不靠钢铁驱动，却能凭借进化出的感知能力、灵巧肢体，加上微电子刺激，在复杂地形中灵活穿梭、垂直爬墙。

这种“生物-人工”协同策略，不仅仅提升了爬墙能力，更启发了科学家们对下一代仿生机器人设计(jì)的(de)全新(xīn)想(xiǎng)象(xiàng)。

参(cān)考(kǎo)文献(xiàn)：

[1] Fitzgerald, Lachlan, et al. "Zoborg: On‐Demand Climbing Control for Cyborg Beetles." Advanced Science (2025): e02095.

作(zuò)者(zhě)丨(gǔn)Denovo科(kē)普(pǔ)团(tuán)队(duì)（杨(yáng)超(chāo) 博(bó)士(shì)、中(zhōng)国(guó)科(kē)普(pǔ)作(zuò)家(jiā)协(xié)会(huì)会(huì)员(yuán)、广(guǎng)东(dōng)省(shěng)青(qīng)年(nián)科(kē)技(jì)创(chuàng)新(xīn)研(yán)究(jiū)会(huì)会(huì)员(yuán)）

审(shěn)核(hé)丨(gǔn)殷(yīn)海(hǎi)生(shēng) 中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)分(fēn)子(zi)植(zhí)物(wù)科(kē)学(xué)卓(zhuō)越(yuè)创(chuàng)新(xīn)中(zhōng)心(xīn)，上(shàng)海(hǎi)昆(kūn)虫(chóng)博(bó)物(wù)馆(guǎn)馆(guǎn)长(zhǎng)/研(yán)究员级高级工程师