讓動物“屈服”于機(jī)器人

方陵生

幾年前，一群美國蟑螂發(fā)現(xiàn)，在它們?nèi)后w中突然出現(xiàn)了4個“陌生人”。不過這些闖入者的模樣與它們并沒有什么區(qū)別，就連氣味也差不多。因此，蟑螂群體選擇接受了這些“陌生人”，并歡迎它們加入自己的家庭中。

然而，新來者并不滿足于只是成為這個群體中的普通一員，相反，它們開始積極地影響并改變著這個群體的行為。作為在夜間活動的生物，蟑螂通常喜暗避光，但當(dāng)這群“陌生人”帶頭向亮處走去時，其余的蟑螂竟然也開始效仿它們的行為，緊隨其后。

也許這些蟑螂永遠(yuǎn)都不會意識到，帶領(lǐng)它們走向光明的根本不是蟑螂，甚至不是昆蟲，實(shí)際上是被蟑螂信息素浸潤過的微型移動機(jī)器人！

改變行為

大自然一直是機(jī)器人專家的靈感源泉，工程師常常在各種動物行為中摸索全新的設(shè)計(jì)思路，并建造一些奇異的機(jī)器人。例如，像蛇一樣靈活游動的機(jī)器人、像壁虎一樣會爬墻的機(jī)器人，還有像蝠鲼一樣，能在水中“滑翔”的機(jī)器人……不過，如今科學(xué)家的目標(biāo)早已不僅限于仿生學(xué)了。

目前，科學(xué)家已經(jīng)打造了能夠融入動物社會的機(jī)器人，但他們還希望讓這些機(jī)器人影響并改變被融入動物群體的行為?！皠游飺碛腥后w行為的能力，那么機(jī)器人也應(yīng)該有復(fù)制動物群體行為的能力。如果我們能夠在這兩者之間建立聯(lián)系，那么很明顯，它們將組成一個新的混合團(tuán)隊(duì)，一個同樣能夠完成集體行為的新群體?！北壤麜r布魯塞爾自由大學(xué)（VUB-Vrije Universiteit Brussel）物理學(xué)家喬斯·哈洛伊（Jose Haloi）說道。

以前文提及的蟑螂微型機(jī)器人為例，研究人員通過預(yù)先編寫好的設(shè)計(jì)程序，讓這些“蟑螂”誘騙真正的蟑螂跟著它，進(jìn)入目標(biāo)地點(diǎn)。正是通過這一研究項(xiàng)目，科學(xué)家驗(yàn)證了一個看似異想天開的想法：機(jī)器人可以融入生物有機(jī)體社會，并和動物合并成一個“生物混合（Biohybrid）”社會，形成一個緊密結(jié)合的新群體，而人類則可以利用機(jī)器人來干涉和影響生物群體的自然行為。

除了試圖改變蟑螂的避光特性外，科學(xué)家也在嘗試改變一些魚類在水中游弋的形式，改變某些鳥類在天空飛行的模式，甚至改變蜜蜂養(yǎng)育后代的方式……

控制蟑螂

蟑螂和螞蟻、蜜蜂一樣，都是社會性動物，都會表現(xiàn)出一些集體性的行為。例如，它們不喜歡暴露在空曠的、容易被人發(fā)現(xiàn)的地方，因此都會尋找一些神秘陰暗的藏身之所，并聚集生活。哈洛伊和他的同事將蟑螂機(jī)器人稱為InsBots。研究人員計(jì)劃用InsBots來操縱蟑螂群體，代替真正的蟑螂做出具有影響力的決定。

第一步當(dāng)然是要制造出一批在各個方面都可以以假亂真的蟑螂機(jī)器人，幸好研究人員只是需要一個仿冒品，而不是一個復(fù)制品，這對于機(jī)器人專家來說，可以減少很多工作量。在研究人員看來，動物機(jī)器人首先需要能夠表現(xiàn)出與目標(biāo)動物相關(guān)的一些信息，比如氣味、活動方式等。那么，科學(xué)家就要掌握這些目標(biāo)動物的社交信號，而不同物種的社交信號都是不同的，可以是聽覺、視覺、嗅覺或觸覺。只有仿冒了這些信號，機(jī)器人才能與它們有血有肉的“同伴”進(jìn)行交流。

而蟑螂是通過氣味來識別同伴的，因此，科學(xué)家將如同火柴盒大小的機(jī)器人InsBots，包裹在被蟑螂信息素浸泡過的濾紙里，讓它們?nèi)旧险嬲氲臍馕?。然后，科學(xué)家將十幾只蟑螂，安放在兩個圓形場地上進(jìn)行測試。一開始，大部分的蟑螂都會選擇長時間地呆在那個相對陰暗的場地，只在27%的時間里，它們才會到那個相對明亮的區(qū)域活動。接著，研究人員將蟑螂機(jī)器人混入蟑螂群里，隨后的情況就如文章開頭描述的那樣。最終，這個混合蟑螂群進(jìn)入相對明亮區(qū)域的概率增加到了61%。這群蟑螂永遠(yuǎn)都不會知道，這些機(jī)器人被人為地設(shè)定了程序代碼——偏好有光亮的地方。

替身母親

在完成蟑螂機(jī)器人項(xiàng)目后，哈洛伊和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne）的機(jī)器人專家弗朗西斯科·蒙達(dá)達(dá)（Francisco Mondada），又選擇了小雞作為研究目標(biāo)。

早在20世紀(jì)30年代，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，剛出生的小雞會將來到這個世界后第一眼看到的移動物體認(rèn)作它們的母親，包括某個人或移動的火車模型等，并對其產(chǎn)生終身不變的依賴性。動物習(xí)性學(xué)創(chuàng)始人、1973年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎獲得者康拉德·洛倫茲（Conrad Lorenz）曾拍攝下了他與小雞的合影照片：在他身后，形影不離地跟著一群搖搖擺擺的小雞。由此可見，小雞的替身母親在外形上根本不需要與母雞相像。但研究表明，如果這個替身母親的體型與一只真正的母雞相仿，那么讓小雞跟隨和模仿的可能性更大。此外，在周圍環(huán)境中，那個發(fā)出嘹亮聲音的物體對小雞來說，更有吸引力。

為此，哈洛伊和蒙達(dá)達(dá)設(shè)計(jì)了一個與母雞大小相仿的圓柱體移動機(jī)器人，并為它配備了能夠發(fā)出嘟嘟聲的揚(yáng)聲器，還安裝了幾個顯示顏色變化的指示燈。

他們讓出生9個小時的小雞，透過有機(jī)玻璃墻，看著這個被稱為PoulBot的機(jī)器人來回走動，并讓它不斷發(fā)出嘟嘟聲。在接受了3個小時的“印象課程”后，213只小雞和PoulBot機(jī)器人被一起安置在了實(shí)驗(yàn)場地上。沒過多久，就有約60%的小雞緊跟著PoulBot在場地上四處轉(zhuǎn)悠，而且有些小雞還非常依賴這個機(jī)器人，甚至寸步不離。為了防止過于“忠誠”的小雞被機(jī)器人的輪子刮傷，研究人員甚至得在它外面安裝一個由有機(jī)玻璃制成的保險罩。

借助于PoulBot機(jī)器人，生物學(xué)家可以對小雞的行為進(jìn)行更深入的研究。“通過在小雞群體中安插機(jī)器人，我們可以做一些有關(guān)動物社會性行為的實(shí)驗(yàn)?！泵蛇_(dá)達(dá)說道。例如，在一群小雞中，當(dāng)只有一小部分有強(qiáng)烈的母親印象時，它們會有什么樣的行為？它們的行為會隨著年齡增長而有所改變嗎？研究人員希望PoulBot能夠在人類的控制下，幫助他們回答這些問題。

得益于小雞實(shí)驗(yàn)的成功，蒙達(dá)達(dá)甚至開始設(shè)想，利用機(jī)器人幫助人類控制實(shí)驗(yàn)室外的動物行為，例如用機(jī)器人牧羊犬或機(jī)器人牧牛犬，帶領(lǐng)真正的羊群和牛群?！?999年，一個名叫Lofer的機(jī)器人牧羊犬將一群鴨子驅(qū)趕到了指定的地方，雖然當(dāng)時設(shè)計(jì)這個機(jī)器人的主要目的是嚇唬鳥兒，并不是要它放鴨，也不是要通過它與鴨群建立社會聯(lián)系。但通過這個機(jī)器人牧羊犬，人們可以探查動物的社會行為，了解它們的溝通渠道，學(xué)習(xí)以更人道、更自然的方式管理畜群，而不是依靠嚴(yán)格的物理禁閉措施?！泵蛇_(dá)達(dá)說。

保護(hù)魚類

與制造陸生動物的機(jī)器人相比，制造水生動物的機(jī)器人顯然更有難度。紐約大學(xué)理工學(xué)院（New York University Polytechnic School of Engineering）的工程師莫里澤奧·波爾菲利（Morizio Porfili）設(shè)計(jì)制造了一系列魚類機(jī)器人，而他的目標(biāo)，是以此保護(hù)野生海洋生物。“所有這些技術(shù)的靈感都來自于大自然，但人們卻從來沒有將這些技術(shù)回饋?zhàn)匀唤绫旧??！?/p>

波爾菲利在去年發(fā)表的一篇論文中表示，在過去的一個世紀(jì)里，美國某些地區(qū)的居民會有意識地將食蚊魚引到新的棲息地里，因?yàn)樗鼈冇型淌虫萱蓿ㄎ米佑紫x）的習(xí)性。不過，食蚊魚同時也會吃掉兩棲動物和魚類的卵或幼仔，這對當(dāng)?shù)氐膬蓷珓游锖汪~類造成了很大的危害。此外，食蚊魚耐污染、適應(yīng)力強(qiáng)、繁殖能力高，一旦被引入便會嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)匚锓N的平衡關(guān)系。不過，波爾菲利卻在食蚊魚的原產(chǎn)地找到了它們的天敵，一種與斑馬魚相似，表面由藍(lán)色和銀色條紋覆蓋，頭部為黃色的魚類。他以此為模型，制造了魚類移動機(jī)器人，并將它們投入到食蚊魚泛濫的水域。結(jié)果，這些機(jī)器人不僅嚇跑了食蚊魚，還吸引了斑馬魚的到來。波爾菲利認(rèn)為，未來人們可以在野外放置一些具有類似功能的機(jī)器人，將某些具有強(qiáng)大破壞力的入侵物種，從重要的棲息地里驅(qū)趕出去。

此外，科學(xué)家還在設(shè)計(jì)開發(fā)一款能夠引導(dǎo)野生魚類遠(yuǎn)離危害的機(jī)器人。結(jié)合眾多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，波爾菲利發(fā)現(xiàn)，當(dāng)塑料魚類機(jī)器人根據(jù)水的流速，以合適的頻率“擺尾”時，相同種類的魚群會緊隨其后。“這是因?yàn)樗鼈儭@得了一種流體力學(xué)上的優(yōu)勢’，意味著可以以更少的能量消耗在水中游動?！庇纱丝梢?，在魚群中也存在著優(yōu)勝劣汰的自然法則，只要機(jī)器人能夠借助科學(xué)的力量，以更高效的方式模仿魚類游動，那么它就能成為野生魚群的領(lǐng)導(dǎo)者。這項(xiàng)研究將為野生魚群提供巨大的幫助，比如帶領(lǐng)它們逃離石油泄漏的區(qū)域等。

現(xiàn)在科學(xué)家還在設(shè)想，讓多個機(jī)器人同時“潛伏”到魚群中，通過它們之間的相互協(xié)調(diào)工作，影響并控制魚群的行為。為此，這些機(jī)器人還必須“學(xué)會”如何溝通和交流。但在眼下，波爾菲利的最新研究項(xiàng)目是要讓魚類機(jī)器人同那個蟑螂機(jī)器人一樣，引導(dǎo)目標(biāo)動物種群對棲息地做出選擇。

與蜂共舞

當(dāng)然，全力研究動物機(jī)器人的科學(xué)家遠(yuǎn)不止上述幾位，來自奧地利格拉茨大學(xué)（University of Graz）的動物學(xué)家托馬斯·斯米切爾（Thomas Schmichael）便在開發(fā)一組蜜蜂機(jī)器人。這些仍處于試驗(yàn)階段的機(jī)器人，不僅體態(tài)輕盈，還能振動，并產(chǎn)生熱量和電磁場，而這些動態(tài)信息則能夠刺激和影響蜜蜂的行為。研究人員表示，通過這些方式的結(jié)合使用，機(jī)器人能夠引導(dǎo)所有的蜜蜂聚集在某個特定位置上。斯米切爾說：“只要能夠做到這一點(diǎn)，我們就能夠完成其他許多任務(wù)，例如將1個蜂群分為2個或者4個蜂群，或操縱蜂群的活動范圍等。不過，我們的最終目標(biāo)是，養(yǎng)蜂人可以在蜂箱里安裝上這種機(jī)器人，并用它來引導(dǎo)蜜蜂增加外出授粉的次數(shù)?！?/p>

此外，科學(xué)家還在利用機(jī)器人操縱“保育工蜂”更好地照料蜜蜂的幼蟲。眾所周知，蜜蜂幼蟲有一定的死亡率，但如果能夠利用機(jī)器人來控制保育工蜂的行為，那么幼蟲的存活率就會提高，蜂群也就能擴(kuò)大，而我們的糧食作物也就有了更多的授粉者。

除了通過振動、熱量和電磁場的方式控制蜜蜂的行為外，來自德國柏林自由大學(xué)（The Free University Berlin in Germany）的研究人員還制造出了一種能夠?qū)W習(xí)并表演“搖擺舞”的蜜蜂機(jī)器人。這種舞蹈是蜜蜂的本能，它們以此來交流食物來源等信息。只要稍加改進(jìn)，這種蜜蜂機(jī)器人就可以引導(dǎo)真正的蜜蜂飛向某個特定位置。

其實(shí)，相較于人類制造的蜜蜂機(jī)器人，大自然早就有植物學(xué)會了偽裝成蜜蜂，控制它們行為的情況。畢竟對于植物來說，蜜蜂的重要性不言而喻，如果能夠掌握這一技能，種群的繁育能力便會大大增加。例如，某些蘭花為了誘騙雄性蜜蜂來給它們授粉，會將花瓣偽裝成雌性蜜蜂的模樣。但相比之下，制造機(jī)器人顯然對蜜蜂們更具親和力。

誰能想象，一個小小的微型機(jī)器人就有可能讓一些物種的種群數(shù)量激增，甚至讓它們改變天生習(xí)性。如果將來有一天，人類真的能讓機(jī)器人與生物“結(jié)盟”，讓這項(xiàng)技術(shù)能夠在現(xiàn)實(shí)世界中得到應(yīng)用，那么我們就可以讓機(jī)器人來管理牲畜、防治害蟲、保護(hù)野生動物……地球是否會因此變得更加美好，我們不得而知，但動物朋友們，請為機(jī)器人的接管做好準(zhǔn)備吧！不過，也許它們根本不會意識到機(jī)器人的存在。