2011年03月07日08:54
來源：《新京報》
“納米蜂鳥”體型雖小，但功能相當完備。下次，當你注意到身邊有隻蜂鳥或是蜻蜓在扇動翅膀輕盈飛舞時，你可要小心了，因為這些小鳥或昆虫或許也在暗中窺視你。據美國媒體披露，美國國防部已投入數百萬美元，應用仿生學原理研發微型偵察飛行器。經過多年研發，鳥類和昆虫間諜技術逐步成熟，它們能攜帶攝像機和錄音裝置，潛入偵查區域錄下視頻或音頻。研究人員希望，這些迷你飛行器既能在前線偵察敵情，也可飛進危險的地震災區或化學物質泄漏區域搜尋受困人員。
2月25日，加州航空環境公司正式向媒體展示其研發的新一代微型飛行器——“納米蜂鳥”。
鳥類
蜂鳥間諜是飛行高手
“納米蜂鳥”翼展16.51厘米，重量與一節5號電池相近，雖然樣子不起眼，但它的功能已經很完備，“蜂鳥”相當於一個迷你版的無人偵察機，腹部裝有微型攝像機，飛行速度能達17公裡/小時。盡管樣貌和真正的蜂鳥相比略顯僵硬，人造蜂鳥幾乎擁有同樣高超的飛行技巧：通過快速扇動身體兩側的翅膀，能夠上下左右自由飛動，還能旋轉和盤旋。
展示會上，“納米蜂鳥”繞著它的研發者、項目負責人馬特·克努的頭部飛過，然后穩穩地落在馬特的手掌上。在遠程控制下，“納米蜂鳥”可以悄悄接近窗戶，然后落在窗沿邊收集情報。
航空環境公司此次研制蜂鳥飛機，是受美國國防部委托，前后經過5年的開發，耗資400萬美元才有所回報。項目負責人馬特·克努稱，研究微型間諜飛行器是一項頗具挑戰的工作，最大的難題是，如何制造一架既能長期飛行，又能遙控或自主控制的飛行機器。
多年來，航空環境公司一直是小型飛行器行業的領軍者，他們的產品包括：能夠飛行的機械蜥蜴﹔以氫燃料為動力的小型飛機，它可以飛到大氣層最上端的平流層，偵測大片地面區域﹔還有號稱“烏鴉”的小型無人機，這種“烏鴉”僅重1.8公斤，手動投到空中后能傳回前方情報，“烏鴉”已被駐伊拉克和阿富汗美軍用於偵查路邊炸彈。這些小型飛行器雖然都不像昆虫或鳥類，但它們為更逼真的仿生飛行器鋪平了道路。
昆虫
間諜昆虫成為發展目標
除了讓飛行器變得越來越小外，還有研究人員打算走另一條“捷徑”，將活生生的昆虫變成半機械的飛行間諜。美國國防部先進研究項目局的科學家正在實驗，是否可以在昆虫變態發育過程中植入攝像頭或傳感器，並通過電刺激它們的翅膀控制其飛行。這種經過改造的昆虫間諜，就能大批出動，飛到各個角落為軍方收集情報。
美國國防部先進研究項目局的研究人員相信，可以利用昆虫在變化成蛹期間的特性來將其改裝成機器昆虫。因為昆虫在每個變態發育階段，其身體都會完成一次更新，傷口能得到修復，被植入異物后內部器官會重新排列。
昆虫學家認為，這樣的改造方案並非異想天開，但要改變昆虫億萬年進化所得的習性並不容易。英國牛津大學教授喬治·麥克加文指出：“成年昆虫生存的目的隻有一個：產卵繁殖。要改造昆虫就得重新給它制定行為模式。”事實上，美國國防部先進研究項目局就曾有過失敗的例子，他們希望利用蜜蜂和黃蜂來偵察爆炸物，但由於昆虫的本能佔了上風，這些昆虫常會在“執行任務”時去覓食或交配。
原理
電子芯片讓飛蛾變傀儡
作為DARPA“混合微電子昆虫”項目的一部分，美國康奈爾大學的研究人員已經成功改造了煙草天蛾。煙草天蛾的幼虫變成蛹后被植入一個微電子傳感器，蛹成熟后變成壽命相對較長的蛾子。煙草天蛾們體內的傳感器就能控制其肌肉，實現遠程操縱煙草天蛾飛行。
昆虫在飛行時，根據肌肉控制的方式可分為兩類：一種被稱為飛行肌肉同步控制，或直接飛行機制，即神經刺激與肌肉的收縮實現一對一匹配，如蜻蜓、蜉蝣等，這樣能進行精准的飛行控制﹔另一類為非同步飛行控制或間接飛行機制，即神經刺激間接控制肌肉收縮，神經元的輸出隻控制飛行的開始、停止以及調整強度，也就是說，一次刺激能導致多次肌肉收縮。甲虫、蠅類和蝴蝶等多數昆虫都採用第二種飛行方式，因此科學家選擇后者進行研究。
被植入煙草天蛾體內的微電子傳感器僅有56平方毫米大，重0.5克。其攜帶的電池能產生5伏特的電壓，刺激煙草天蛾的肌肉進行飛行。實驗表明，當煙草天蛾還是蛹時植入傳感器效果最好。
難題
控制芯片重量成短板
雖然在實驗中實現了對昆虫的控制，但科學家面臨的一個現實問題是植入芯片的重量。
美國加州大學伯克利分校的科學家也在兩種甲虫的身上進行類似嘗試：微電子系統被植入甲虫體內四個位置，盡管能精確控制飛行方向，但由於芯片的重量過重，第一種實驗對象綠金龜根本飛不起來，隻有第二種名叫拖瓜塔花金龜的大型甲虫能順利起飛，最長飛行時間也不過1分鐘。這種非洲甲虫最大能長到人的手掌那麼大，是甲虫家族中的大力士。不過如果偵查任務都要依靠這種不善飛行的巨人甲虫來完成顯然不太現實。
於是，康奈爾大學的研究人員著手改進電池，為了找到一種能持續長久提供動力的能量來源，他們最終選擇了放射性同位素，其半衰期為12年，這意味著電池能源源不斷地提供能源。但是這又來帶了新的問題，首先是放射性元素對人體和生物體的機體具有致癌或遺傳效應，其次是輻射是否會破壞微電子設備甚至昆虫本身。
應用
走進現實只是時間問題
美國軍方表示，這些間諜也能用於其他用途，如警察用它來偵查復雜的環境，或探測危險化學物質泄漏﹔它們也能幫助消防員勘查危險。
“混合微電子昆虫”項目負責人艾米特·拉爾透露，美國軍方改造昆虫的靈感實際上來自科幻小說《雀鷹》。不過《雀鷹》也警示了改造生物可能引發的未知風險，在這部科幻小說中，由於黑客入侵，頭腦由芯片控制的巨型動物被歹徒利用。
科普作家萊恩指出，改造生物和仿真機械的技術一旦成熟，就將改變情報收集方式：硝煙彌漫的戰場上，飛過的一隻鳥可能是觀測敵情的機械鳥﹔被改造后的昆虫會悄悄飛入嫌疑人或間諜的住所，不留痕跡地執行監聽任務﹔在污染嚴重或有致命輻射的地區，大批人造昆虫能完成觀測任務並全身而退……在萊恩看來，這樣的變革只是早晚的問題，同時也將不可避免地引發民眾對政府的懷疑和不信任。
一旦昆虫間諜真的出現，它們面臨的不只是技術困難，還有法律問題。《電子間諜戰》一書作者彼得·辛格爾指出，昆虫間諜如果被警察用於偵查，就可能侵犯公民的隱私。隨著越來越多仿生機器人成為人們生活中的一部分，也將給生活方式帶來巨大影響。
(謝來)
http://scitech.people.com.cn/BIG5/14074842.html
AeroVironment 的納米蜂鳥- 室內室外飛行的無人駕駛偵察機
微型無人駕駛機在美國上空的飛行監視任務
(英鏈) 蜻蜓無人機、Oltissis和社會風
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