圖片來源：Sora/ChatGPT

撰文 | 阿嫻

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當(dāng)土壤深處的溫度漸漸升高，沉睡了許久的蟬也即將結(jié)束地下生活，破土而出，帶來鋪天蓋地的蟬鳴聲，宣告夏天的來臨。如果你漫步在日本筑波大學(xué)周圍的樹林里，你可能會聽到蟬鳴中還夾雜著一段熟悉的旋律——帕赫貝爾的《卡農(nóng)》，沒有人在樹林里放了揚(yáng)聲器，這首歌竟然是從蟬體內(nèi)發(fā)出的！

圖源網(wǎng)絡(luò)

雄蟬用一對類似鼓的器官——鼓膜（tymbals）發(fā)出標(biāo)志性的響亮聲音。當(dāng)特定肌肉高速收縮時，帶動鼓膜劇烈振動，如同搖滾樂手瘋狂擊打架子鼓，從而發(fā)出咔噠聲。蟬的腹部還有個共鳴室，能像小提琴琴身一樣放大這些聲音，聲音最遠(yuǎn)能傳到幾十米開外——相當(dāng)于把人類吶喊聲放大到飛機(jī)起飛的音量。

利用這個自然機(jī)制，東京大學(xué)的生物學(xué)家西田直人（Naoto Nishida）近期做了一件略帶超現(xiàn)實(shí)主義色彩的事情：他把蟬變成了活體樂器。研究團(tuán)隊從眾多品種中，找到了一種體形巨大，鼓膜附近的肌肉相對較少，更容易實(shí)現(xiàn)效果的蟬——日本油蟬（

Graptopsaltria nigrofuscata

油蟬廣泛分布于東亞地區(qū)，包括日本、朝鮮半島和中國，通常長55～60毫米，翼展約75毫米。｜池田正樹 - Own work, CC BY-SA 3.0??????????

西田直人和同事們將電極插入了蟬用來發(fā)聲的鼓膜中，通過發(fā)送經(jīng)過校準(zhǔn)的電脈沖（從0到1伏），從而制造出昆蟲-計算機(jī)混合揚(yáng)聲器。在蟬前方1厘米處的麥克風(fēng)，會記錄下它們在電刺激下發(fā)出的鳴叫聲，與此同時，電路測試儀能測量流過蟬體表的電壓。研究人員嘗試了不同的電壓，以確定產(chǎn)生每個音程的最佳電壓，并繪制了波形圖。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)不同蟬發(fā)出的聲音范圍各有不同：有些蟬能發(fā)出高音調(diào)的聲音，比如261.6赫茲的高音C；有些則能發(fā)出低音調(diào)的聲音，比如27.5赫茲的低音A。雖然不算是歌唱大師，但考慮到是電控昆蟲，這已經(jīng)是一項了不起的成就。

接下來，讓我們一起聽聽看，活蟬演奏的《卡農(nóng)》到底像不像吧！（友情提醒：請調(diào)低手機(jī)/耳機(jī)音量，非戰(zhàn)斗人員請迅速撤離！?。。?/strong>

機(jī)器人昆蟲聽上去像是科幻小說，其實(shí)，自20世紀(jì)90年代以來，科學(xué)家們就對機(jī)器人昆蟲產(chǎn)生了濃厚的興趣。當(dāng)時，研究人員就開始將微型電極植入蟑螂的觸角，并對其進(jìn)行電擊以控制其運(yùn)動。他們的想法是將它們用作搜索和救援用途的混合機(jī)器人。

蟑螂是受人討厭的生物，但它們的生理構(gòu)造使其成為這類工作的理想之選。它們行動敏捷、體態(tài)輕盈，能夠穿越復(fù)雜的地形，甚至比最先進(jìn)的仿生機(jī)器人表現(xiàn)更佳。再配上先進(jìn)的電子系統(tǒng)，蟑螂就能被精確遠(yuǎn)程控制，甚至調(diào)整速度。

圖源南洋理工大學(xué)

例如，2021年，新加坡南洋理工大學(xué)的科學(xué)家們將馬達(dá)加斯加嘶嘶蟑螂改造成了機(jī)器人。每只機(jī)械蟑螂都配備了一個輕便的“背包”，“背包”內(nèi)裝有一塊主控制板、一個無線通信模塊和一塊小型可充電鋰電池?！氨嘲睍蚶ハx的神經(jīng)肌肉部位輸出電信號， 指導(dǎo)其運(yùn)動。在實(shí)驗(yàn)室模擬的災(zāi)難場景中，通過施加電流，他們成功操控蟑螂的概率高達(dá)94%。

2025年3月28日緬甸大地震，新加坡救援隊帶去的除了80個隊員、4條搜救犬，還有10只半機(jī)械蟑螂，它們參與了兩次搜救行動，是世界首次機(jī)械生物參與到真正的救援行動。

西田直人也在他的論文中提出：“我們研究的蟬揚(yáng)聲器同樣可用于地震等緊急情況。比如在建筑物倒塌或電力有限、基礎(chǔ)設(shè)施受損的災(zāi)區(qū)，不需要額外加裝揚(yáng)聲器或電池的飛行昆蟲能幫助傳遞警報聲音?！?/p>

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參考資料：

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Graptopsaltria_nigrofuscata

[2]https://arxiv.org/abs/2504.16459

[3]https://www.zmescience.com/future/a-factory-for-cyborg-insects-researchers-unveil-mass-production-of-robo-roaches/

[4]https://arstechnica.com/science/2025/05/cyborg-cicadas-play-pachelbels-canon/

[5]https://www.agriculture.gov.au/biosecurity-trade/policy/australia/naqs/naqs-target-lists/newcastle

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