给动物装上“脑机接口”

近日，在青岛消防支队，一场特殊的测试悄然展开。在一个约10平方米的模拟灾后场景中，一只背着“电子背包”的“机器人蟑螂”在狭窄的甬道中敏捷穿行，可灵活避开石块、木板等障碍物。山东科技大学动物机器人研究团队的成员一边操控着它行进，一边通过其头部的单目摄像头接收蟑螂“第一视角”的画面。

这不是山东科技大学研发的首个动物机器人。20余年来，该校机器人研究中心科研团队深耕动物机器人领域，接力创造了多项科研突破，为智能机器人技术的发展开拓了新路径。

2007年，世界首例可实现飞行控制的动物机器人“机器人鸟”在山东科技大学诞生。这项研究从“脑机接口”入手，通过电刺激精准调控鸟类飞行行为，为动物机器人研究奠定了技术基础。

山东科技大学动物机器人研究始于20世纪90年代末。彼时，山东科技大学教授苏学成在研究“四周履带式蛇形机器人”时意识到，传统机电式微小型机器人面临“能源有限”和“能力受限”两大瓶颈，由此他萌发了以动物替代机电机器人的构想，尝试用数十微安级的微电流刺激动物脑区，令其感到兴奋或高兴而跑动。

2005年，苏学成团队研制出国内首只“机器人鼠”。然而，由于鼠天生胆小，“机器人鼠”在实际应用中作用并不大。怎样让动物机器人实现更大的活动范围和应用空间？苏学成苦苦思索，一只在天空中翱翔的鸟儿给了他灵感。于是，苏学成团队开始将鸽子作为研究对象。他们将微电极植入鸽子的脑部神经区域，需要进行人为控制时，就将刺激发生器插到露在鸽子脑外部的插座上，鸽子变成受人控制的“机器人鸟”。

“‘机器人鸟’的行动可受远程控制，它们无需训练就能依据技术人员的指令改变飞行方向，显著优于需长期调试的传统机器人。”苏学成介绍说，团队独创了“主动逃避”控制原理，还成功解析了鸽子的脑电波，开发出一套信号编码与传输系统，使技术人员能像操控无人机一样指挥鸽子完成起飞、转向、盘旋等动作。

苏学成表示，“机器人鸟”展现了“脑机接口”技术在动物控制领域的巨大潜力，其最突出的优势在于“即做即用”。任何健康的鸽子植入电极后均可即时响应信号，这大幅提升了动物机器人的实用性与部署效率，适合规模化应用。

“‘机器人鸟’应用前景广阔，可以进入人类难以抵达的空间或环境，执行探测、物资投送等任务。我相信这项技术能为人类带来更多便利。”苏学成说。

在山东科技大学，科研人员对动物机器人的探索从未停步。近年来，该校副教授槐瑞托团队将目光投向更具挑战的昆虫机器人领域，成功研发出新一代动物机器人——“机器人蟑螂”。

相较于前代研究，“机器人蟑螂”的核心突破在于其高度集成的生物神经调控系统。整套控制系统被集成于一枚微型“电子背包”中，几乎不影响蟑螂正常活动。通过这枚“电子背包”，操作人员可实现对蟑螂行动的直接调控。

槐瑞托介绍，团队利用自主开发的蟑螂手术制备平台，将电极植入手术效率提高6倍，成功率提升至99%。他们还研制出独特的蟑螂“普通话”刺激信号，使其能准确响应指令，实现遥控、监控、避障乃至窃听等多种功能。

“我们能在20分钟内制作出一只‘机器人蟑螂’，成本仅约45元。它们单次可持续运行50分钟，存活期可达3个月。”参与项目研究的山东科技大学学生田鸿超说，“电子背包”历经三次迭代，图传延迟低于300毫秒，控制距离超过百米。

目前，槐瑞托团队已与中国电科网络通信研究院等单位展开合作，搭载微型传感器的“机器人蟑螂”在测试中表现稳定，获得合作方的认可。“‘机器人蟑螂’在狭小空间探测、隐蔽侦察等领域具有广阔应用前景，未来有望发挥重要作用。”槐瑞托说。

“学校将继续聚焦‘脑机接口’等关键技术，将机器人研究领域的传统优势与人工智能等前沿技术深度融合，超越传统‘遥控’模式，打造能在复杂动态环境中自主感知、决策和执行任务的全新一代智能体。”山东科技大学副校长陈绍杰说。