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昆蟲偵察兵──美國軍方啟動生控昆蟲實驗計劃

上網時間: 2007年12月29日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MEMS  HI-MEMS 

美國國防部先進研究計劃署(Darpa)在今年稍早啟動了一項‘昆蟲-微機電系統整合’(HI-MEMS)計劃,旨在讓人類能夠像騎兵駕馭戰馬一樣地控制昆蟲。該計劃若能成功,這種植入MEMS的生控昆蟲將被軍方用於執行遙控偵察任務。

“我們在戰爭中曾以戰馬作為行進方式,”Darpa的專案經理Amit Lal說,“而HI-MEMS計劃的目的就是開發一些技術來控制昆蟲的行進,就像利用馬鞍和馬蹄鐵來控制戰馬一樣。”

Darpa還提到,歷史上也曾經用大象在戰爭中進行馱運、鴿子被用於傳遞秘密資訊、金絲雀則被用於檢測煤礦中的瓦斯,而蜜蜂也曾被用於探測地雷。現在,有報導還聲稱蛾與甲蟲也可負責類似狗所做的例行工作。

就在Darpa於年初啟動HI-MEMS計劃時,也一方面開始贊助密西根大學、麻省理工學院(MIT)和Boyce Thompson Institute的三個研究小組。HI-MEMS計劃分為三階段,Darpa要求研究小組必須在每個階段的年度報告中匯報研究的初步成果。如果前三階段的研究均取得成功,Darpa就會接著進行第四階段,研究如何將飼養昆蟲軍團的技術用於軍事中。

“密西根大學主要研究天牛(horned beetle),而MIT和Boyce Thompson則主攻大型蛾類。”Darpa發言人Jan Walker介紹,按計劃進度“2008年1月將可見到該計劃的第一階段成果,研究小組將展示可以線控的昆蟲飛行。”

HI-MEMS計劃的最後一階段成果,應該是能夠以遙控或全球定位系統(GPS),來控制生控昆蟲飛抵百公尺之外的某個特定目標周圍5公尺的區域內。如果該計劃能通過這項測試,那麼Darpa很可能將正式開始進行昆蟲飼養。成群配備了攝影機、麥克風或化學氣味探測器等嵌入式MEMS感測器的昆蟲可以滲透敵方領域,執行一些士兵們不可能完成的、或過於危險的偵察任務。

生控動物與人權的對壘

以機電控制器實現生控動物的想法早在1990年的一部小說《Sparrowhawk》中就已有過描述。在這本書中,作者Thomas Easton想像利用一群透過生物工程技術而放大的鳥和昆蟲來做馱運的情景──經改造後的鳥變成了飛機,而擴大後的甲蟲則成為汽車。在此想像世界中,這些動物身上均被加裝了電機控制器來擴大其力量,以便適應體型的加大。而在HI-MEMS計劃中,所期待產生的情況則恰好相反,這些機電控制器將被縮小以適應昆蟲原有的體型。

“我曾受邀至Darpa HI-MEMS研究計劃啟動大會上發表演說,”同時也在Thomas大學擔任教授的Easton表示,“該計劃負責人Amit Lal告訴我,他曾經讀過我那本描述在經基因工程改造後的昆蟲和其他動物體內植入電腦晶片的小說。”

Easton最終並未到場發表演說,而是在網上發佈其講稿。在其講稿中,他描述了HI-MEMS計劃取得成功後世界會變得怎樣:在一個HI-MEMS的世界裡,生控昆蟲能完成透入敵方偵察、收集情報、潛入秘密會議、追蹤目標、取回樣本等更多任務,這些在Easton 1990年出版的書中都已經預料到。然而,1990年同樣是美國電子前端基金會(EFF)這個監督組織成立的一年。Darpa打算實現Easton所夢想利用生控昆蟲進行無所不在的監視行為,EFF對此卻覺得不寒而慄。

“稍有想像力的人都能提出一些有用卻並不具可行性的動物遙控應用,尤其是當普通人會把這些東西誤認為是普通動物。”EFF的資深技術專家Peter Eckersley表示,“Darpa把遙控昆蟲與配上馬鞍的馬匹相提並論,但騎著馬的警官和能遙控生控昆蟲的警官之間的區別在於:我們能清楚的看到前者騎在馬背上,但卻很難分辨一隻昆蟲是否為生控昆蟲。如果生活在自由民主社會的人們都必須開始擔憂身邊看到的昆蟲可能正執行著監視任務,那麼人們發展個性與表達自我的能力將受到嚴重抑制。”

除了監視之外,Easton的小說中還想像了生控昆蟲的幾種其他應用,其中之一就是利用蛾抓捕銀行搶匪。

圖:美國軍方啟動HI-MEMS計劃,使生控昆蟲成為‘軍事偵察兵’。
圖:美國軍方啟動HI-MEMS計劃,使生控昆蟲成為‘軍事偵察兵’。

“蛾類對於性誘劑格外敏感,因此警方無需用染料來處理交給銀行劫匪的錢,只需噴灑一些性誘劑。”Easton說,“那麼,基於HI-MEMS的蛾類就能追隨性誘劑的氣味找到搶匪。”

當然,銀行搶匪在策劃搶案時就已失去了隱私權。但如果一隻遙控昆蟲搜尋罪犯時在人們窗前窺探,這是否侵犯了他人的隱私權?未來的法規是否會與目前用於遙控無人機(UAV)的法規相同?

“用於空中監視的小型遙控飛機已經讓我們面臨隱私和人權問題,”Eckersley說,“這些小型遙控飛機雖被廣泛應用於搜救行動中,但我們應評估對於警方和軍方究竟能信任到什麼程度。”

Easton的看法則相反,他建議Darpa不能停止這項行動,而應該更勇往直前,積極支援基因工程,實現在蛾類身上加裝接收器,以引導其飛向人類“感興趣的目標”。

“例如,透過基因工程,Darpa可以將蛾類觸角上的性誘劑接收器換成對於爆裂物、毒品或毒物等其他物質敏感的接收器。”Easton說。

不計成敗

在Darpa的支持者和批評者中,有些人認為培養生控昆蟲這一計劃並不具備可行性。“要想真正地實現遙控動物,還有大量的工程問題正待解決。”Eckersley說,“我認為Darpa這項計劃要在短期內成功的機率微乎其微。雖然遙控動物這一概念在理論上可行,但要真正實現可能還需要上百年時間。況且,我們這些身處社會中的人應該考慮的是,我們到底想用這些東西來做什麼。”

如果連反對者都能輕易地扼殺Darpa的這項生控昆蟲計劃,那麼該計劃早就被龐大的經費開銷給拖垮了。因為與傳統無人機(UAV)相較,僅每只生控昆蟲高昂的造價就會讓人望而生畏。在Easton的小說中,叛軍利用先進的駭客技術,入侵放大後的動物體內之電子元件中,因而讓這些為人類所用的工具轉而背叛其製造者。但Easton表示,今天的叛軍無需成為駭客就能抵制這種建置於動物身上的監控,因為還有更多容易實現的低階技術或簡單方法可供採用。

“假設有上千隻蛾被放飛去搜尋叛亂份子,”他說,“叛軍只需點燃一堆營火吸引蛾飛來,然後用殺蟲劑或微波除蟲器消滅它們即可。”

在這項生控昆蟲研究之前,曾有人試圖以極度侵入的方法接合電子元件與活體組織,來控制蟑螂與老鼠的活動。這種接合方式透過大型外科手術固定在動物身上,但結果導致手術後的動物過於脆弱,而無法走出實驗室。HI-MEMS打算另闢蹊徑解決這一術後恢復問題,即在昆蟲變形的早期就將電子元件植入昆蟲體內,而讓電子元件周圍的活體組織在其變形之前還有時間來生長。這就是生控體(cybernetic-organism),或者說半機械體的真義。

迄今為止,受Darpa資助的研究組織已能在昆蟲的蛹中植入MEMS晶片,並得到成功孵化的成蟲。生控昆蟲計劃要想成功,首先必須能培養體內植入電子元件的真正的生控昆蟲。這就要求活體組織在電子元件植入之後有時間恢復,並在植入後的昆蟲變形階段逐漸生長,最終完全包裹植入體。

在這之後,要使昆蟲能執行偵察任務,研究人員還要在其身上添加無線電收發器、GPS和感測器,在其肌肉中放置探針,並訓練人員如何以遙控器或微控制器來控制昆蟲飛行,這對任何人來說都不容易。

“如今,我們已證明可在昆蟲的蛹階段植入電子元件和MEMS,並成功孵化出成蟲。”Walker說,“這就好比說我們知道加熱一根金屬絲能讓它發光並用於照明,但要得到可靠的燈泡還需要一段時間。未來要走的路還很長。”

按照Darpa的意思,該計劃的首要任務是設計出夠輕巧、且能從昆蟲的行動中獲取足夠能量以驅動其無線收發機、感測器和探針的MEMS晶片,同時從生物學的研究中找到對昆蟲進行電刺激控制其反應(就像透過韁繩控制馬匹一樣)的精確位置。

“我們所面臨的最大的困難在於如何找到最恰當的探針位置,以便最佳化地控制昆蟲的飛行功能、保持植入體內的MEMS不對昆蟲造成負擔,並從昆蟲的飛行和肌肉中獲取足夠的電能來驅動MEMS,”Walker說。

在Darpa資助的這三家研究機構中,工程師正與生物學家合作,力圖毫無保留地結合電子元件與蛾、甲蟲的生命動力功能,以解決昆蟲的控制問題。如果目前這一計劃取得成功,那麼下一步的昆蟲培養範圍將擴大到更多其他蟲種,包括蜻蜓、水中昆蟲和跳躍類昆蟲。

“我們必須弄清,對於實現一項真正可控且可靠的生控昆蟲系統,首先必須先取得哪些必備的技術,”Walker說,“為此,不同的研究團隊在從蟲體收集能量和控制昆蟲飛行方面,選擇了不同的電子與MEMS方法組合來進行研究。”

除了直接刺激肌肉之外,Darpa還計劃研究刺激神經中樞,或用光訊號刺激感覺細胞,甚至發出一些昆蟲通常會執行的訊號(例如聲納訊號、以及嗅覺訊號等被稱作生化資訊素的訊號),來達到控制昆蟲的目的。

現在,受Darpa資助的研究團隊正致力於研究超微型化的MEMS感測器,昆蟲配帶了這些攝影鏡頭、麥克風與其它感測器後,就能夠收集資料。下一步,他們計劃在昆蟲身上(例如蜜蜂的毒刺中)加裝能攜帶各種化學製劑的微流體元件,並透過釋放生化資訊素來控制一群昆蟲的飛行。

但是,Dapra最終的計劃是進入昆蟲的神經系統,讓遙控操作人員能夠透過昆蟲的眼睛而非其所加裝的攝影機來觀察周遭事物。

作者:羅克鈴





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