別笑！這隻戴“氧氣瓶”的賽博蟑螂，以後可能去救你

不得了了，新加坡科學家開發了機械蟑螂，還讓它潛水了！

圖中被標記的就是潛水機械蟑螂丨參考文獻1

道理我都懂，但是潛水的賽博動物，爲什麼不直接用水母、海星、章魚、帝王蟹啊！實在不行直接造會游泳的機器人也行啊，爲啥非得送蟑螂下水呢？

賽博蟑螂以陸爲主，水陸兩棲

其實，這不是蟑螂第一次被改造成機械搜救動物。新加坡南洋理工大學的Hirotaka Sato團隊研究這類機械技術已經超過十年了。

這種賽博蟑螂不是純機器蟑螂，而是在活體蟑螂上搭載一些機械裝置，讓人類可以操控它的行動路線。這次的潛水蟑螂是陸地機械蟑螂的2.0版本。2025年，陸地機械蟑螂已經被用於緬甸地震的搜救，這次的潛水蟑螂，主要是爲了進一步擴大它的活動範圍，在積水區域、氧氣稀薄區域，也能承擔類似的任務。

哦，對了，它並不是你家出沒的美洲大蠊，而是體型更大的馬達加斯加發聲蟑螂（Gromphadorhina portentosa），體長6釐米，沒有翅膀。

爲什麼不乾脆換個天生會游泳的動物？

因爲選擇什麼動物，是由任務本身決定的。改造蟑螂是因爲它體型夠小，生命力夠強，給它背上氧氣揹包潛水比讓水母上岸容易得多。其實也確實有水母的機械化改造，主要利用的是水母的游泳能耗效率，如果有完全在水底的巡航任務，那可能派出賽博水母。如果有需要在海底礁石上待著不動的任務，可能會考慮交給海星。

那又爲什麼改造昆蟲，而不是直接造水陸兩棲的小機器人呢？

去細小的縫隙搜救需要機器人體型小，但是長時間續航又需要大電池，裝上大號電池之後機器人體型又不夠小了，難以兼顧兩種需求。而昆蟲運動不需要耗電，完全是自己驅動的，只需要依靠極小的電流控制它的運動方向即可。不控制它的時候它甚至能自己找食物喫，全自動補充體力，什麼電池也比不上它。

而且，批量養殖蟑螂的成本，和從零開發一個微型機器人並量產的成本，也完全不能相提並論。因此機械昆蟲這條技術路線從技術難度和成本兩方面都比機器人更優秀。

如何讓機械蟑螂變身水陸兩棲？

讓昆蟲往人類指引的地方走，原理並不複雜，只需要通過簡單的電刺激誘導它前進後退或轉彎就行。給昆蟲穿上電極控制服的技術已經較爲成熟了，一種常見方法是在它的觸角、腹部、尾端植入電極。最近更新的方法是用表面貼合的電極薄膜，能實現非侵入式操控，就好像給蟑螂貼個創可貼一樣。

昆蟲腹部貼上電極薄膜丨參考文獻6

這次研究團隊的創新點主要在潛水服，因爲是水陸兩棲嘛。在實際的搜救場景中，就算不在水下，也有一些空間是二氧化碳含量極高的。雖然蟑螂給人的印象是在哪都能活，但它也會缺氧，沒有氧氣的環境裏它2分鐘左右就會窒息。不過好在給它供氧的原理也不復雜，就是直接插氧氣管。

昆蟲通過位於胸部、腹部的氣門呼吸，給氣門直接插管，就好像給人插氧氣管一樣，然後接上一個化學制氧的小揹包，可支持昆蟲在水下維持呼吸與運動最長達 3 小時。製氧的原理也是初中化學學過的：二氧化錳催化過氧化氫溶液分解，持續釋放氧氣。

因此這套潛水服可以做得非常輕便，像下圖這樣，只需要一塊浸有二氧化錳的海綿，讓它和下方的過氧化氫溶液持續緩慢發生反應，然後通過氧氣管輸送進蟑螂的兩對氣門中即可。

機械蟑螂的構造丨參考文獻1

當然，爲了讓它能穿過儘可能狹小的地方，氧氣揹包採取什麼形狀，讓蟑螂背在什麼地方，還是需要一番測試。要求是儘可能讓它輕便、不增加蟲體的厚度（便於鑽洞），與此同時不能影響蟑螂的重心，不然容易摔倒起不來。

所以在最終嚴苛的測試環境中，實驗團隊把用於控制蟑螂運動的電極揹包和微型電池植入了蟑螂體內，然後用3D打印製作了好像尾部延長器一樣的樹脂外殼來製作潛水用氧氣揹包，總重量僅5.5克左右，使它能成功穿越高度僅2釐米的窄縫。

機械蟑螂穿過了 2 釐米高的窄縫丨參考文獻1

除了這種窄縫測試，研究團隊還設計了模擬低氧氣加積水的複合災害隧道（圖A），讓沒有穿潛水服的蟑螂分別進入充滿二氧化碳的區域和完全潛水區域。在二氧化碳環境中，沒有潛水服的蟑螂進去幾秒鐘就缺氧暈厥了（圖B），在完全浸滿水的管道中，沒有潛水服的（另一隻）蟑螂45秒就窒息不動了（圖C）。而穿潛水服的個體從頭到尾步態正常，順利完成了穿越任務（圖D）。

其他賽博動物

本論文的主導者Sato博士在2009年就參與研發了金龜子的無線控制飛行，只不過後來他對賽博昆蟲在災後搜救的應用更感興趣。而地震、海嘯、泥石流等更難以搜索的地方並不是空域，而是各種地下窄縫，因此他的改造對象從甲蟲變成了蟑螂。未來他也計劃給潛水蟑螂搭載更多的探測向傳感器，比如紅外熱成像用來蒐集體溫、二氧化碳濃度等數據，來判斷是否還有可供呼吸的存活空間。

用來控制動物運動軌跡的機械裝置還有很多種方式，植入電極只是其中一種。因爲昆蟲對體內植入電極不排異，體外（腹部）貼電極薄膜也不會因爲運動幅度過大而變形脫落，它們互相適配度高。

前面提到的賽博水母，使用的是微型電子起搏器，通過發射微弱的電脈衝提高水母肌肉的收縮頻率，來提高它的遊動速度。

對於哺乳動物的運動控制，則是採取腦機接口的方式，用電極刺激來模擬運動指示和反饋。人類最近也採用這一方式來爲失去運動功能的人重新獲得控制肢體的能力。

雖然當前的研究還是在實驗室階段，但未來或許這套蟑螂用潛水服，也能以某種方式爲人類造福呢？

參考文獻

[1]Zirui Fan, Kaiyu Kai, Song Kai , Duy Long Le, Thanh Hai Tran, Ming Hao, Wai Yee Wan, Shinjiro Umezu, and Hirotaka Sato. 2026. "Underwater Suit-Wearing Cyborg Insect Capable of Hours-Long Diving and Terra-Aqua Travel." Nature Communications 17: 5398. https://doi.org/10.1038/s41467-026-74235-1.

[2]Nicole W. Xu, and John O. Dabiri. 2020. "Low-Power Microelectronics Embedded in Live Jellyfish Enhance Propulsion." Science Advances 6 (5): eaaz3194.

[3]Sato, Hirotaka, Christopher W. Berry, Yoav Peeri, Emen Baghoomian, Brendan E. Casey, Gabriel Lavella, Jan Marcus VandenBrooks, Jon F. Harrison, and Michel M. Maharbiz. 2009. "Remote Radio Control of Insect Flight." Frontiers in Integrative Neuroscience 3: 24.

[4]Kajiura, Stephen M., and Timothy P. Fitzgerald. 2009. "Response of Juvenile Scalloped Hammerhead Sharks to Electric Fields." Zoology 112 (4): 241–250.

[5]Zhili Zhou, Dong Liu, Han Sun, et al. 2021. "Pigeon Robot for Navigation Guided by Remote Control: System Construction and Functional Verification." Journal of Bionic Engineering 18: 184–196. https://doi.org/10.1007/s42235-021-0013-3.

[6]source:Katayama, S., Ando, K., Lee, S. et al. Locomotion control of Cyborg insects by using ultra-thin, self-adhesive electrode film on abdominal surface. npj Flex Electron 9, 25 (2025).

策劃製作

作者丨段晨 科普創作者

審覈丨吉愛紅 南京航空航天大學機電學院 教授／博導

策劃丨甄曦

責編丨甄曦