特拉维夫大学全球首创：能用蝗虫耳朵“听见”声音的机器人

以色列特拉维夫大学（Tel Aviv University）的研究团队实现了全球首创可以识别出简单的声音指令“生物传感器”，它通过已故蝗虫的耳朵使机器人能够“听见”。该研究结果以《芯片上的耳朵：蝗虫芯片耳生物杂交平台》（“ Ear-Bot: Locust Ear-on-a-Chip Bio-Hypid Platform ”) 为题发表在Sensors杂志上。该论文通讯作者 Idan Fishel 是特拉维夫大学工程学院及神经科学学院联合培养的跨学科硕士。

图丨芯片内部的蝗虫耳（来源：特拉维夫大学）

该研究项目是跨学科合作项目，研究人员首先制造了一个可以识别声音的机器人，再与生物学家共同分离了蝗虫听觉系统，并将其与定制的 3D 微流控芯片集成在一起。该芯片的设计使其能够长期保持耳朵的功能，同时又可以将其放置在移动的小型机器人平台上。

它还配备了定制的电极，可以测量耳朵的生理反应并将其传输到机器人。机器人包括处理信号所需的所有电子设备（前置放大器、电路板等），并运行不同的算法以相应地控制机器人。结果发现，机器人可以通过蝗虫的耳朵“听到”声音：当研究人员单次拍手时，机器人会往前移动；而当研究人员拍手两次时，机器人就向后走。

这些动作虽然很简单，但是它的结果却意义非凡。蝗虫已故，其耳朵已经没有生命机能，为了维持耳朵保持“活”的状态，研究人员为此开发了“芯片上的耳朵”装置，使其保持维持生命技能的氧气及养分给耳朵，确保机器人够通过该装置“听见”，并作出相关反应。

研究人员 Ben M. Maoz 博士说：“实验室开发了‘芯片上的耳朵’是一种特殊设备，它可以在整个实验过程中保持耳朵的生命通过向器官供应氧气和食物，同时允许将电信号从蝗虫的耳朵中取出并放大并传输到机器人。”

他进一步解释说：“ 生物系统实验室在处理蝗虫方面有丰富的经验，他们已经开发出了隔离和鉴定耳朵特征的技能。实验室建造了机器人，并开发了使机器人能够响应电听觉信号的代码。”

图丨“芯片上的耳朵”装置图示（来源：MDPI）

在项目初始阶段，研究人员开始探索如何能把生物系统的优势在技术系统中融合，以及如何将蝗虫的死角用作机器人的传感器。Maoz 博士说：“我们选择了听觉，因为它可以轻松地与现有技术相比较，而不是像气味之类的，在嗅觉方面将面临更大的挑战。”

他进一步解释说，“我们的任务是用一只死蝗虫的耳朵代替机器人的电子麦克风，利用耳朵的能力检测环境中的电信号，在这种情况下是空气中的振动，并借助一种特殊的芯片，将蝗虫的听觉输入转换为机器人输入。”

图丨机器人组件侧视图（来源：MDPI）

研究人员表示，生物系统和机器人用技术手段结合的方式，比只利用机器人有独特的优势。“它们是微型的，因此也是极其经济和高效的。” Maoz 博士表示，研究人员希望“芯片上的耳朵”装置只是一个开始，它可以带来将其他生物系统整合到机器人中的进展。

图丨带有芯片的机器人（图片来源：特拉维夫大学）

“与电子系统相比，生物系统消耗的能量微不足道，而且它更加经济、高效。笔记本电脑每小时消耗约 100 瓦电能，而人脑一天的能耗仅 20 瓦左右。大自然有很多先进之处，我们应该加以利用。蝗虫听觉机器人的原理同样也适用于嗅觉、视觉和触觉。举例来说，有的动物具有探测爆炸物或毒品的惊人能力，制造装备生物嗅觉器官的机器人可以帮助执法人员识别罪犯。一些动物知道如何发现疾病或者可以提前感知地震。” Maoz 博士说。

特拉维夫大学的该项研究，使用蝗虫“芯片上的耳朵”作为控制机器人的听觉传感器，这种集成的生物混合平台的成功开发，为未来研究出更加高效的传感器奠定了基矗

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参考：

https://techxplore.com/news/2021-03-world-robot-ear-locust.html

https://www.mdpi.com/1424-8220/21/1/228

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（编辑：555手机网）

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