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昆蟲有更簡單的神經肌肉通路以及更容易侵入性刺激周圍神經系統的特點，使得他的肌肉更容易被控制，從而更受科學家們關注。
近日，大阪大學的科學家設計了一只機器人蟑螂，并利用基于機器學習對機器人蟑螂進行自動刺激，從而優化了它的運動。這是一個全新的理念下誕生的新產品，以往的仿生機器人都采取利用其他材質模仿動物而造出來的機器人本體，而這次則是在動物身上直接加入了科技元素，是動物與機器人的融合。
數百年的進化史賦予了自然界的動物在惡劣環境中生存的能力，如果能利用這些優點，結合人類的機械科學技術，將是突破現有機器人領域的瓶頸的新道路。
昆蟲有更簡單的神經肌肉通路以及更容易侵入性刺激周圍神經系統的特點，使得他的肌肉更容易被控制，從而更受科學家們關注。于是，科學家們嘗試在蟑螂的尾絲植入電極，通過電信號刺激蟑螂，使得蟑螂可以根據控制者的想法動起來。
蟑螂這類的生物喜歡在黑暗的地方活動，有人說這是畏光，其實這是深深刻在他們基因中的一種生活習性。那么這樣的習性能否被人為改變呢?能否讓蟑螂無論晝夜都可以擁有一樣的行動能力呢?
答案是肯定的。直接在這些動物身上構建可控機器，通過將刺激電極植入它們的大腦或周圍神經系統來控制它們的運動，甚至可以通過監視器看到它們所看到的，這就是所謂的半機械生物。
蟑螂具有驚人的運動能力，明顯優于任何類似大小的仿生機器人。因此，具有這種敏捷運動能力的機器人蟑螂更適合在傳統機器人難以進入的未知環境中執行搜索和救援任務。
然而，由于蟑螂是夜行性動物，在夜間或黑暗中更為活躍，在某些情況下，他們懶得從一個地方移動到另一個地方或傾向于靜止不動，尤其是在角落區域。這將會限制了機器人蟑螂在未知環境下的搜索和救援效果，同時也很難在黑暗的環境中通過mini攝像機把實時畫面傳送到監視器上，因此，需要優化它們的運動，以便在各種情況下使用機器人昆蟲。
研究人員使用慣性測量單元(IMU)來捕捉半機械人昆蟲的線加速度和角速度，利用IMU測量的數據進行深度學習，根據收集得到的數據，利用蟑螂的電子背包進行控制，提高蟑螂的搜索速度和行進距離，并減少蟑螂在有界空間中的停留時間，達到預期效果。
研究人員首先將蟑螂浸入小塊冰中30分鐘以進行麻醉，利用這個時間在蟑螂的將鉑電極植入胸腔、右側尾骨和左側尾骨。使用54mm母頭5針單排排作為蟑螂與電子背包之間的連接器。連接器粘在蟑螂胸部段上。直徑為 0.26 mm 的鍍錫軟銅線(單線)用作從植入的鉑到插頭引腳連接器的導線延伸。
這種使用電刺激的方法是比較有進步空間的解決方案，由AI算法通過機載測量確定的數據可以更好地解決機器人靈活性和自由度的問題。科學家們不必像控制機器人那樣控制蟑螂，而是依靠蟑螂自身的活動能力稍加刺激便可以。比如在救援場景中，只需要轉動他的身體，或者在方向錯誤時對蟑螂進行刺激，就可以使蟑螂按照自己的習性和控制人員想要的方向向一些難以進入的地方出發。
據了解，在蟑螂身上配備了這樣的系統后，機器人蟑螂成功地將其平均搜索率和移動距離分別提高了68%和70%，同時停止時間減少了78%。研究人員在接受采訪時表示：“我們已經證明，對蟑螂的尾絲進行電刺激觸發馬達的自由行走是可行的;它可以克服其先天習性，例如，在通常會減少運動的黑暗和寒冷環境中增加運動。"
雖然研發朝著積極的方向發展，但距離真正投入使用還有一段距離。有個有意思的問題是，例如地震的救援，遇害人在廢墟底下等待救援時心理已經很脆弱，若這時候在他的附近突然出現一只蟑螂，可能會加劇他恐懼的心理，嚴重者甚至有可能打破心理防線，產生絕望或者放棄的心理;若是進入火災現場的救援，火場上的高溫等惡劣環境下蟑螂是否還是正確的載體，電子元件在如此高溫的環境下工作性能如何，這都是有待考證的問題。
如今，各式各樣的機器人正在開發中，研發人員們嘗試各種思路研發新型機器人，為了使機器人具備更加廣闊的用途和打開更加龐大的市場。有機構預測，再過20年，機器人與人類的比例將會達到4:1.也就是每個人都被4個機器人所服務著，這將對機器人功能、性能和用途提出更大的要求。
生物反應器的工藝性能設計解讀
生物反應器工藝性能表征是指：對微生物/細胞培養所處的微環境的評價，這些評價指標主要是對生物反應器混合和傳質方面的評價，同時考量微環境對細胞的剪切力。基于對大量的不同類型的生物反應器進行工藝性能測試，以及專門地有針對性的工藝性能研究，同時有CFD工具的輔助，可以很好地服務于新建生物反應器的設計過程。
在新建生物反應器的機械特征設計方面
在積累大量數據的基礎上，可以在前期設計階段—即生物反應器系統還沒有開始制造的時候就虛擬地模擬細胞培養的微環境，并將現有的細胞培養微環境虛擬化地平行轉移至新設計的生物反應器系統上。在生物反應器系統設計的時候先根據客戶對生物反應器生產工藝的期望，以及生物反應器工藝性能指標和機械特征的關聯，預先設置大概的機械設計特征，然后再進行工藝性能迭代，確定最終的機械設計特征，進而對細胞培養工藝進行平行轉移的考量，從而可以基于期望的工藝表現和細胞培養特點設計出合理的生物反應器系統。
在生物反應器的放大和縮小方面
生物反應器同樣可以進行虛擬的工藝性能放大和縮小。同一生產線不同規模反應器之間虛擬地進行工藝放大和縮小的迭代，進而對細胞培養工藝微環境進行放大或縮小的考量。具體涉及到攪拌器的設計在放大和縮小過程的考量、通氣速率的縮放。不同規模的反應器數據并不是直接的計算，而是來源于精確的模型，用于在設計/縮放中預測操作條件。
攪拌設計的放大和縮小在整個上游工藝中采用同一種類型/設計的攪拌在工藝設計中是很常見的做法。這個方法的挑戰是葉尖線速度和比輸入功率不是以相同的比率進行縮放的。在通氣速率的縮放方面，縮放參數vvm（每分鐘的比體積通氣量）廣泛應用于各種反應器來計算通氣速率，通氣速率對整個反應器系統的影響包括氣含率、氣泡尺寸分布以及停留時間這些難以用單個參數進行放大的復雜變量。對于上游工藝的測量值表明，用vvm進行縮放的反應器，種子反應器的kla值會低于生產反應器。
來源：網絡
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