靠机械装置维持生命的甲虫研究可以自由地研究昆虫

事实证明，用于无线电控制飞行的硬线甲虫是一种了解其生物学的更合适的方式。由加州大学伯克利分校和新加坡南洋理工大学(NTU)的工程师领导的电子人昆虫研究，使有关甲虫用于精细转弯的肌肉的新发现成为可能。

通过将微型计算机和无线电设备绑在巨型花甲虫的背上，并在虫子不受束缚飞行时记录神经肌肉数据，科学家们确定了以控制机翼折叠而闻名的肌肉对于操纵也很关键。然后，研究人员利用这些信息来提高甲虫遥控转弯的精度。

这项研究于3月16日星期一发表在《当前生物学》杂志上，展示了无线传感器在生物学研究中的潜力。在这一领域的研究还可能导致诸如工具的应用，以在对人类来说太危险的区域中协助搜寻和营救行动。

加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系副教授，该研究的主要研究员米歇尔·马哈比斯(Michel Maharbiz)说：“这是微型电子如何回答更大的科学界感兴趣的基本问题的例证。” 试图记录和研究飞行昆虫的生物学家通常必须将受试者束缚在一起。尚不清楚系留是否干扰了昆虫的自然飞行运动。”

研究人员说，尤其是很难阐明较小的肌肉在精细转向中所起的作用。这项新研究发现，在昆虫翅膀的关节中发现的鞘翅目第三腋生硬核(3Ax)肌肉在甲虫向左或向右转向的能力中起着关键作用。

NTU大学机械与航天工程学院的助理教授佐藤弘隆说：“自1800年代以来，这种鞘翅目肌肉被认为仅在机翼折叠中起作用。” “我们的无线系统使我们能够记录自然，自由飞行的神经肌肉运动，因此我们现在看到该肌肉也用于转弯。”

转向肌肉经受考验

研究人员通过在飞行过程中刺激该肌肉进行渐变转弯来测试该肌肉的功能，该转弯比以前版本的半机械化的甲虫更受控制。

实验是用Mecynorrhina torquata或巨型花甲虫进行的。它们平均长6厘米，重8克，重约1美元硬币。

甲虫背包由一个现成的微型微控制器和一个内置的无线接收器和发射器组成。六个电极连接到甲虫的视叶和飞行肌肉。整个设备由3.9伏微型锂电池供电，重量为1至1.5克。

佐藤说：“甲虫是理想的研究对象，因为它们可以携带相对较重的有效载荷。”佐藤在加州大学伯克利分校担任博士后研究员时就开始了这项工作，并在南大继续进行该项目。“我们可以轻松地为搜索与救援任务中的应用添加小型麦克风和热传感器。借助这项技术，我们可以安全地探索以前无法进入的区域，例如倒塌的建筑物中的小角落和缝隙。”

在试飞过程中，每毫秒将信号发送到甲虫背包，指示甲虫起飞，向左或向右转，甚至在飞行途中悬停。甲虫没有系绳，但在一个密闭的房间里，配备了八个3-D运动捕捉相机。

“在我们早期的研究中，在遥控飞行中使用甲虫的过程中，我们表现出了很好的控制飞行启动和停止的能力，但是在自由飞行过程中却表现出相对粗略的转向控制，” Maharbiz说。“我们对飞行肌肉的发现使我们首次证明了对自由飞行甲虫的更高水平的控制。这是工程与科学之间的良好合作伙伴关系。”

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