山东科技大学脑机接口技术取得突破 动物机器人进入实际应用阶段

问题:地震坍塌、火灾浓烟、管廊泄漏等突发事件中,救援力量往往需要在狭小、复杂、危险的环境中快速获取现场信息。传统微小型机电机器人虽具备可控性与可重复部署优势,但在续航、机动能力、通过性以及在碎石、缝隙等非结构化地形中的稳定性上仍面临挑战;另外,人力进入受限空间存较高风险,信息获取“慢一步”就可能影响救援决策。 原因:从科研团队的技术路径看,选择动物作为“平台”并非追求新奇,而是对工程约束的回应。早在上世纪90年代末,山东科技大学科研人员在研究蛇形机器人等微型运动机构时就发现,微型化带来的电源容量受限与动力输出不足,会直接压缩任务时长与运动能力。鉴于此,研究转向以微电刺激与神经调控实现“指令—行为”的映射,通过对动物神经系统的精准刺激,将“能量供给与运动能力”更多交由生物体自身代谢与运动系统承担,从而把工程系统的负担集中到小型化、低功耗的控制与传感模块上。2005年团队研制“机器人鼠”后又发现,小型哺乳动物易受环境影响、胆怯等行为特征限制了可控性与应用边界,促使研究深入转向飞行平台与昆虫平台。2007年诞生的“机器人鸟”以电刺激方式实现飞行控制,验证了远程指令对复杂行为的有效引导;而近年来面向昆虫的研究,则在高度集成、低延迟图传、快速制备等工程化环节上持续突破,为应用试验提供了可复制条件。 影响:从最新测试看,“机器人蟑螂”在约10平方米的模拟灾后场景中完成狭窄甬道穿行、躲避障碍并回传单目画面,体现出在小空间探测、现场感知上的潜力。其关键意义于:一是“进入能力”提升。在碎石、板材等障碍物密集环境中,昆虫天然具备的攀爬与通过性,为信息采集打开新的通道;二是“部署效率”提高。团队介绍,通过自主手术制备平台将电极植入效率大幅提升、成功率达到较高水平,并实现控制系统“背包化”集成,使制备、使用与维护更接近工程应用;三是“数据闭环”形成。低时延图传与百米级控制距离,使现场指挥人员能够更及时地获得态势信息,为救援路径选择、风险研判提供参考。更重要的是,这条路径将动物的机动能力与电子系统的感知、通信能力叠加,为微型机器人在极端环境下的“最后一米”信息采集提供了另一种技术备选。 对策:面向实际应用,动物机器人要从“可用”走向“好用”,仍需在规范与体系化建设上同步推进。其一,应用场景应清晰分级,优先聚焦灾害救援中的侦检、探测、定位等公共安全用途,形成任务流程、作业边界与安全预案,避免“技术可做”替代“需求真实”。其二,提升系统可靠性与抗干扰能力,围绕图传稳定性、定位与导航、传感器模块化、续航管理等关键指标开展标准化测试,建立在烟尘、湿热、遮挡、电磁干扰等条件下的性能评估体系。其三,强化多方协同。当前团队已与有关科研单位开展合作,下一步可推动消防、应急、通信、传感与材料等领域联合攻关,形成从实验室样机到工程装备的验证链条与转化路径。其四,守住技术伦理与安全底线,建立明确的科研与应用规范,完善实验管理、操作许可、数据安全与设备回收机制,确保技术应用符合法规要求与社会共识。 前景:从“机器人鸟”到“机器人蟑螂”,映射的是我国在生物神经调控、微型化集成与复杂环境信息获取上的持续探索。随着微型传感器、低功耗通信、边缘计算等技术进步,动物机器人有望从单一“遥控运动”迈向“感知—决策—协同”的组合能力:例如在坍塌建筑内承担初步侦检、气体与温度探测、狭小空间视频回传等任务,并与无人机、地面机器人形成立体化搜救网络。与此同时,规模化应用的关键将不再只是单点性能,而是系统可维护性、现场可用性与成本可控性。若能在标准测试、场景验证与装备体系建设上形成闭环,这类技术有望成为应急救援装备库中的补充力量,为“快速发现、快速研判、快速处置”提供更细颗粒度的现场信息。

从实验室的首次突破到实际场景的稳定应用,我国动物机器人技术走出了一条独具特色的创新之路。这项跨学科研究不仅展现了科技工作者攻坚克难的智慧,更启示我们:突破性创新往往源于对自然规律的深刻理解与巧妙运用。当生物本能与现代科技相遇,或将开启人机协同的新纪元。