昆虫有更简单的神经肌肉通路以及更容易侵入性刺激周围神经系统的特点，使得他的肌肉更容易被控制，从而更受科学家们关注。

　　近日，大阪大学的科学家设计了一只机器人蟑螂，并利用基于机器学习对机器人蟑螂进行自动刺激，从而优化了它的运动。这是一个全新的理念下诞生的新产品，以往的仿生机器人都采取利用其他材质模仿动物而造出来的机器人本体，而这次则是在动物身上直接加入了科技元素，是动物与机器人的融合。

　　数百年的进化史赋予了自然界的动物在恶劣环境中生存的卓越能力，如果能利用这些优点，结合人类先进的机械科学技术，将是突破现有机器人领域的瓶颈的新道路。

　　昆虫有更简单的神经肌肉通路以及更容易侵入性刺激周围神经系统的特点，使得他的肌肉更容易被控制，从而更受科学家们关注。于是，科学家们尝试在蟑螂的尾丝植入电极，通过电信号刺激蟑螂，使得蟑螂可以根据控制者的想法动起来。

　　蟑螂这类的生物喜欢在黑暗的地方活动，有人说这是畏光，其实这是深深刻在他们基因中的一种生活习性。那么这样的习性能否被人为改变呢?能否让蟑螂无论昼夜都可以拥有一样的行动能力呢?

　　答案是肯定的。直接在这些动物身上构建可控机器，通过将刺激电极植入它们的大脑或周围神经系统来控制它们的运动，甚至可以通过监视器看到它们所看到的，这就是所谓的半机械生物。

　　蟑螂具有惊人的运动能力，明显优于任何类似大小的仿生机器人。因此，具有这种敏捷运动能力的机器人蟑螂更适合在传统机器人难以进入的未知环境中执行搜索和救援任务。

　　然而，由于蟑螂是夜行性动物，在夜间或黑暗中更为活跃，在某些情况下，他们懒得从一个地方移动到另一个地方或倾向于静止不动，尤其是在角落区域。这将会限制了机器人蟑螂在未知环境下的搜索和救援效果，同时也很难在黑暗的环境中通过mini摄像机把实时画面传送到监视器上，因此，需要优化它们的运动，以便在各种情况下使用机器人昆虫。

　　研究人员使用惯性测量单元(IMU)来捕捉半机械人昆虫的线加速度和角速度，利用IMU测量的数据进行深度学习，根据收集得到的数据，利用蟑螂的电子背包进行控制，提高蟑螂的搜索速度和行进距离，并减少蟑螂在有界空间中的停留时间，达到预期效果。

　　研究人员首先将蟑螂浸入小块冰中30分钟以进行麻醉，利用这个时间在蟑螂的将铂电极植入胸腔、右侧尾骨和左侧尾骨。使用54mm母头5针单排排作为蟑螂与电子背包之间的连接器。连接器粘在蟑螂胸部第一段上。直径为 0.26 mm 的镀锡软铜线(单线)用作从植入的铂到插头引脚连接器的导线延伸。

　　这种使用电刺激的方法是比较有进步空间的解决方案，由AI算法通过机载测量确定的数据可以更好地解决机器人灵活性和自由度的问题。科学家们不必像控制机器人那样控制蟑螂，而是依靠蟑螂自身的活动能力稍加刺激便可以。比如在救援场景中，只需要转动他的身体，或者在方向错误时对蟑螂进行刺激，就可以使蟑螂按照自己的习性和控制人员想要的方向向一些难以进入的地方出发。

　　据了解，在蟑螂身上配备了这样的系统后，机器人蟑螂成功地将其平均搜索率和移动距离分别提高了68%和70%，同时停止时间减少了78%。研究人员在接受采访时表示：“我们已经证明，对蟑螂的尾丝进行电刺激触发马达的自由行走是可行的;它可以克服其先天习性，例如，在通常会减少运动的黑暗和寒冷环境中增加运动。”

　　虽然研发朝着积极的方向发展，但距离真正投入使用还有一段距离。有个有意思的问题是，例如地震的救援，遇害人在废墟底下等待救援时心理已经很脆弱，若这时候在他的附近突然出现一只蟑螂，可能会加剧他恐惧的心理，严重者甚至有可能打破心理防线，产生绝望或者放弃的心理;若是进入火灾现场的救援，火场上的高温等恶劣环境下蟑螂是否还是正确的载体，电子元件在如此高温的环境下工作性能如何，这都是有待考证的问题。

如今，各式各样的机器人正在开发中，研发人员们尝试各种思路研发新型机器人，为了使机器人具备更加广阔的用途和打开更加庞大的市场。有机构预测，再过20年，机器人与人类的比例将会达到4:1.也就是每个人都被4个机器人所服务着，这将对机器人功能、性能和用途提出更大的要求。

生物反应器的工艺性能设计解读

生物反应器工艺性能表征是指：对微生物/细胞培养所处的微环境的评价，这些评价指标主要是对生物反应器混合和传质方面的评价，同时考量微环境对细胞的剪切力。基于对大量的不同类型的生物反应器进行工艺性能测试，以及专门地有针对性的工艺性能研究，同时有CFD工具的辅助，可以很好地服务于新建生物反应器的设计过程。

在新建生物反应器的机械特征设计方面

在积累大量数据的基础上，可以在前期设计阶段—即生物反应器系统还没有开始制造的时候就虚拟地模拟细胞培养的微环境，并将现有的细胞培养微环境虚拟化地平行转移至新设计的生物反应器系统上。在生物反应器系统设计的时候先根据客户对生物反应器生产工艺的期望，以及生物反应器工艺性能指标和机械特征的关联，预先设置大概的机械设计特征，然后再进行工艺性能迭代，确定最终的机械设计特征，进而对细胞培养工艺进行平行转移的考量，从而可以基于期望的工艺表现和细胞培养特点设计出合理的生物反应器系统。

在生物反应器的放大和缩小方面

生物反应器同样可以进行虚拟的工艺性能放大和缩小。同一生产线不同规模反应器之间虚拟地进行工艺放大和缩小的迭代，进而对细胞培养工艺微环境进行放大或缩小的考量。具体涉及到搅拌器的设计在放大和缩小过程的考量、通气速率的缩放。不同规模的反应器数据并不是直接的计算，而是来源于精确的模型，用于在设计/缩放中预测操作条件。

搅拌设计的放大和缩小在整个上游工艺中采用同一种类型/设计的搅拌在工艺设计中是很常见的做法。这个方法的挑战是叶尖线速度和比输入功率不是以相同的比率进行缩放的。在通气速率的缩放方面，缩放参数vvm（每分钟的比体积通气量）广泛应用于各种反应器来计算通气速率，通气速率对整个反应器系统的影响包括气含率、气泡尺寸分布以及停留时间这些难以用单个参数进行放大的复杂变量。对于上游工艺的测量值表明，用vvm进行缩放的反应器，种子反应器的kla值会低于生产反应器。

来源：网络

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