科學家摸清蟑螂因何“寧彎不折”

　　昆蟲，無論它們是爬行還是飛翔，都生活在一個艱苦困頓的世界里。誰不曾踩到過一只蟑螂，然而抬起腳卻看到這種動物一躍而起并迅速跑到門縫下逃之夭夭。如今，研究人員正在學習這些生物是如何做到彎曲而不被折斷的。

　　這項研究的結果遠非解釋為什么蟑螂很難被殺死那么簡單。通過模擬賦予昆蟲外骨骼和翅膀恢復力的剛性及柔性部分，生物機械學家正在制造更加強健的機器人。這種新型機器人可抗壓、降低身形、鉆入縫隙，今后或許可以用于救災探測。

　　蟑螂具有極強的生命力。蟑螂在實驗室測試中受力相當于體重900倍，卻不會受傷。其中美洲種屬蟑螂的行進速度能達到每秒近1.5米，相當于其身體長度的50倍。

　　“在這些昆蟲中經常會發生彎曲卻不會被折斷的情況。”美國哈佛大學機器人專家Robert Wood說，“我們正在做著相同的事情，那就是看看能否讓我們的機器人也具有類似的魯棒性。”

　　直到最近，為了應對艱難而混亂的世界，大部分的工程師還是通過讓機械堅硬和強健抑或足夠敏捷從而規避危險。現代汽車則包含了第三種方法——它們通過扭曲，犧牲結構從而保護乘坐者來吸收撞擊。

　　“大自然想出了一個我們沒有的策略。”亞特蘭大市佐治亞理工學院機械工程師David Hu說，“那就是，折疊……然后繼續前進。”

　　為了搞清蟑螂如何實現這一點，加利福尼亞大學伯克利分校綜合生物學家Robert Full與博士生Kaushik Jayaram哄誘昆蟲通過很小的狹縫或緊縮的隧道，同時用一臺高速視頻攝像機對這一過程進行了拍攝。研究人員同時還在昆蟲身體的不同部位放置了最多100克的重物，從而觀察這些動物是如何“崩潰”的。

　　Full和Jayaram發現，美洲大蠊（Periplaneta americana）身處兩塊“夾板”之間，當甲板間隔大約1.27厘米、與“身高”相當時，蟑螂自由行走；間隔調整為0.6厘米、遠低于身高時，蟑螂依然全速行進；當間隔僅為0.25厘米，它們會在夾板之間擠壓自己的身體，強行通過。

　　Jayaram認為，在狹小空間或縫隙內，蟑螂的腿腳受朝向限制，無法正常發揮作用，移動時不得不利用身體其他部位。具體而言，處于受擠壓狀態時，蟑螂憑借脛節上帶有感知能力的刺毛，與夾板摩擦，推動自己。

　　蟑螂的外骨骼和昆蟲的翅膀為機器人的設計帶來了靈感。Jayaram如今制造了一個75毫米高的機器人，取名CRAM。當受到上下擠壓時，CRAM的“腿腳”可以向兩側張開。只是，與蟑螂相比，這一機器人受擠壓能力大為遜色，高度只能降低至正常“身高”的一半。

　　這種機器人的制作工藝類似于手工折紙，簡單且成本低廉，目前由加州大學伯克利分校下屬一家企業制作成套件，供機器人愛好者自行組裝。

　　Full和Jayaram在美國《國家科學院院刊》發表論文稱，在龍卷風、地震和爆炸等場合，現有絕大多數機器人無法進入廢墟，而柔性機器人可通行無阻，幫助探知所處區域是否穩定和安全，發現幸存者所在位置，確定救援人員進入路徑。

　　Full說，昆蟲無所不在，可以說是地球上“最成功的動物”，借鑒昆蟲可以讓機器人具備類似的能力；借鑒蟑螂的機器人只是原型，卻顯示沿著一個新方向開發柔性機器人的可行性。

　　Hu為這種源自昆蟲的設計而喝彩。“真高興能夠看到越來越多這樣能夠承受潛在損害的機器人問世。”至于說如何才能干掉一只蟑螂，Jarayam建議，把你的鞋拍得狠一點，并且小點聲。