機械蟑螂穿上3D列印潛水衣 「水下活動3小時沒問題」有望助救災

記者許若茵／編譯

來自南洋理工大學與早稻田大學的科學家開發出一款柔性「潛水衣」，讓機械蟑螂能在水下及低氧環境中生存並移動長達3小時，這項研究發表於《Nature Communications》，未來有望擴大機械昆蟲在搜救任務中的應用，特別是在災區環境中，當積水、淹沒的瓦礫或半浸水空間阻礙傳統機器人進入時，可提供新的解決方案。

機械昆蟲是指裝設電子控制器、可引導移動方向的活體昆蟲，由於移動主要依靠昆蟲自身肌肉，因此所需電力遠低於依賴馬達與電池驅動的小型機器人，不過機械昆蟲仍需仰賴天然呼吸系統。

實驗對象為馬達加斯加發聲蟑螂，由於體型較大、生命力強且沒有翅膀，因此常被用於機械昆蟲研究，而蟑螂透過稱為氣門的微小開口呼吸，空氣經由氣管系統進行氣體交換。一旦被水淹沒，便無法從水中獲取氧氣。

研究團隊在模擬環境中建造塑膠管道，包括充滿二氧化碳的淹水隧道，以重現低氧條件，測試結果顯示，穿上新型潛水衣後，機械蟑螂可在水下持續活動與移動長達3小時。

研究主持人、新加坡南洋理工大學機械與航太工程學院教授Hirotaka Sato表示，這套潛水衣的運作方式類似人類潛水員使用的氧氣瓶，能產生氧氣並直接輸送至蟑螂的呼吸孔，使機械蟑螂得以在水下或低氧環境中生存與移動，他指出，暴雨或洪水過後的真實災區往往會出現瓦礫堆、排水系統與狹窄通道受阻的情況。若機械昆蟲具備水下移動能力，將有助於提升搜救效率。

Shinjiro Umezu表示，最大的工程挑戰在於打造體積小、重量輕且足夠柔軟的系統，同時又能產生足夠氧氣，支援長時間水下活動，團隊採用柔性防水外殼搭配簡單且可靠的化學供氧系統，使昆蟲能保有自然移動能力，同時受到保護，不必暴露於原本無法存活的環境中。

這套潛水衣由氧氣產生槽、柔性外殼及4條矽膠輸氧管組成。整體形成一套緊湊且獨立的系統，能隔絕外部水分並直接向蟑螂氣門供氧，氧氣產生槽透過3D列印技術，以PMMA樹脂製成透明塑膠結構。研究人員在槽內放置附有二氧化錳的海綿，作為催化劑，啟動供氧系統時，研究團隊注入少量稀釋過的過氧化氫溶液，並以紫外線膠密封開口，避免液體外漏，在槽體內部，二氧化錳會逐步分解過氧化氫並釋放氧氣，氧氣再透過柔性外殼與矽膠管輸送至蟑螂氣門，使其能在水下呼吸。

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研究團隊表示，輸氧管固定於胸部氣門位置，日後可拆除，不會造成疼痛或傷害，透過這項技術，原本只能在陸地活動的機械昆蟲，轉變為可同時在乾燥與潮濕環境運作的兩棲機械昆蟲。

研究團隊表示，未來將在模擬災害環境中持續測試潛水衣系統，提升耐用度，並整合感測器及導航系統，以利實際應用，除了搜救用途之外，這項技術也可能應用於檢查淹水管線、排水設施、隧道及其他難以進入的基礎設施，研究團隊指出，未來潛水衣概念也有機會延伸至其他陸生機械昆蟲，包括其他蟑螂品種、蝗蟲及甲蟲。

資料來源：南洋理工大學