互动科普

害虫的启示

蟑螂身上的“飞行背包”促进机器人事业

Charles Choi

捆扎在蟑螂身上的燃烧物看起来也许是多余的，它与工程师的杀虫行为没有什么联系。它实际上是验证一个数学系统的实验，将揭示昆虫及其简单的神经系统是如何实现高速平衡运动的。

装死的蟑螂头部的触须敏捷得简直不可思议，它能够以3倍于自己的高度翻越障碍物，而其每秒0.2米的步速并不降低。如此不一般的高速、复杂的反应，促使加州大学伯克利分校的生物学家Robert J. Full相信蟑螂的神经系统在维持其步态方面不会是单独工作的。1998年，Full与普林斯顿大学的数学家设计了一个简单的数学模型，将蟑螂腿视为一个无需神经激励就可完成工作的弹簧。

他们的模型极具挑战性，科学家需要足够猛烈、短促的摇晃，才能使蟑螂在50毫秒的一步中失去平衡。在试验了“弹簧”负载射弹、磁体和细绳后，哈佛大学的生物学家Devin L. Jindrich提出了迷你大炮的设想：将几厘米长的塑料管充满火药、滚珠和木屑，然后粘在蟑螂的后背上并通过电线激活，就可制造10毫秒的爆炸。

数码相机的记录显示，当有炸药推动时，蟑螂在迈出下一步之前，可以重新获得它们的步幅。这种速度恢复挑战着蟑螂最快的神经反应能力，并增加了那个数学模型的可行性。Full与一些工程师已经运用这些数据，改善一个名叫RHex的面包盒大小的机器小虫的性能，这个小机器人可以在恶劣的地貌情况下每秒爬行3米。Full说，该模型帮助很大，减少了大量用于平衡的计算。

崔琳琳／译 李爱瑁／校

螳螂背上的燃烧物使螳螂失衡。