新物種?全球首隻水陸兩棲蜜蜂
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曾經各大媒體和網路上瘋狂流傳著一段據稱是愛因斯坦所說的話:「如果蜜蜂從地球上消失,人類將只能再存活4年。沒有蜜蜂,沒有授粉,沒有植物,沒有動物,也就沒有人類。」
雖然這句話已經被證實並非出自愛因斯坦,蜜蜂滅絕會否造成人類危機也不得而知,但蜜蜂大量死亡的話還是會讓人類感到不安。
2006年,美國的研究人員首次發現蜜蜂數量驟減,成年的蜜蜂將蜂巢遺棄,一直飛行直到死亡。研究人員在比利時、法國、德國、荷蘭等歐洲國家也發現了類似的現象。後來這種大批蜂巢內工蜂消失,蜂群生態崩解的現象被命名為「蜂群崩潰綜合征」(Colony Collapse Disorder,簡稱CCD)。
CCD的成因至今不明,有專家、學者提出導致CCD的因素可能有蟲害、殺蟲劑的使用、郊區城市化、氣候變遷等等,但都尚未得到證明。
蜜蜂的死亡是否是一種新的自然現象?還是以前就存在但影響不明顯的自然現象?這些都無從知曉,目前可以知道的是2006年至今,美國的野生蜜蜂幾乎消失殆盡,美國宣稱七種夏威夷蜜蜂已近瀕危狀態。
「蜂群崩潰綜合征」現象讓科學家們萌生出了製造「機械蜜蜂」的想法,想以此代替蜜蜂來完成授粉,應對未來蜜蜂可能消亡的糟糕情況。2013年哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所製造了一款機器蜂RoboBee。
(像真正的昆蟲一樣,隨時從物體表面起飛)
RoboBee只有硬幣大小,可以通過電腦控制在空中「飛行」,它設計的靈感來源於摺紙和立體書。RoboBee主體由碳纖維、塑料薄膜、鈦銅和陶瓷構成,使用激光進行切割,可由電腦組裝壓製成薄片,以方便大規模快速生產。投入應用時,這些薄片就可以像立體書一樣彈起。
RoboBee搭載了微型計算機、電池組和眾多感測器,此外還擁有一對超薄的人造翅膀以及使用電場驅動的人造肌肉。這些超迷你的身體部件讓它擁有了強大的性能。
飛行時,每秒振翅120次,快到肉眼根本無法看清。此外,它的兩隻翅膀還可單獨操控,具有可控的飛行性能和非常高的穩定性。
2013 年首次亮相,當時的 RoboBee 還只能起飛和飛行,無法完成更多的動作,電池續航、感測器等方面還有諸多難題亟待解決。
6年過去了,這隻小「蜜蜂」get 到了不少新技能,游泳、潛水、自行從水中飛出並在附近安全著陸。
為了讓它「學會」游泳,哈佛大神們給它裝備了氣體收集器和電解板。當它接觸到水面時,電解板會將水分解成氫氣和氧氣,再利用這種天然的氣體燃料提供動力,將 RoboBee 送入水裡。
在水中 RoboBee完全可以自由活動。
不過入水容易出水難,對人類來說,把手或其他身體部位抬離水面是一件非常容易的事情,但對昆蟲來說這就是很大的挑戰了,因為水的表面張力會阻礙它們從水中穿出。
而RoboBee 重量僅 175 毫克(1 美分硬幣重量的十四分之一),對這種尺寸的機器人來說,液體表面張力是它重量的 10 倍。
用哈佛大學工程學教授羅伯特伍德(Robert Wood)的話「來自液體表面張力的力量就像是一道不可穿透的牆壁」,為了解決這個問題,哈佛大學的研究人員為 RoboBee 配備了一個方形的中央氣室,這個氣室相當於一個小型可燃火箭,支撐它打破水面張力。
具體的原理為,RoboBee 氣室內的電解板會將水分解成氫氣和氧氣,然後混合在一起,使之易於燃燒。一旦氫氧化合物混合足夠,內部微小的火花塞就會燒完。隨後氣體點燃,機器人就可以彈出水面。
從水中射出後,RoboBee的「翅膀」可以控制自身的運動軌跡,在通過加裝的一個電極(可持續提供電荷來保持吸力),安全著陸在茶杯附近或其他地方。
RoboBee處於棲息狀態時需要的能量比飛行時要少 1000 倍,從另一方面來說也大大節省了電力消耗。
儘管新型蜜蜂機器人已成為微型機器人領域的一大成就,但它還未達到完美的境界。由於重新設計的 RoboBee 尺寸有限,沒有多餘空間安裝複雜的感測器,所以儘管它可以飛,也能在水面行走自如並自行破水而出,但目前還不能實行遠程控制,也不能像真正的蜜蜂一樣完成授粉。
據悉,哈佛大學技術開發辦公室已經為蜜蜂機器人申請了專利,目前正在探索商業化的契機。經過數十年的技術積累,很顯然蜜蜂機器人會成為一個持續不斷的項目,更高端的微型水陸兩用機器人即將走入人們的生活,取代蜜蜂完成授粉只是時間問題。
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