蟑螂是不可阻擋的。
它們擁有驚人的運動能力。就拿馬達加斯加蟑螂（Gromphadorhina portentosa）來說，身長大多在5-7.5釐米，但最高奔跑時速接近5公里，相當於每秒1.3米。假如你感覺不到這有多快，換算一下，大概就像人類以160公里的時速飛奔那樣。
速度只是一方面。除此之外，馬達加斯加蟑螂也和許多蟑螂親戚一樣，擁有靈活伸縮的外骨骼，可以幫助它們把身體擠壓到適宜的尺寸，在狹小的空間裡自如穿行。
這些優異的運動性能，令大小相近的機器人難以企及，自然也會讓科學家著迷。不少研究者喜歡將馬達加斯加蟑螂改造成賽博格（cyborg），然後用自己的方式來操控這些半生物半機械的蟑螂。科學家們想象著有一天，當危險的災難發生時，一些改造後的蟑螂能潛入人類或傳統機器人難以涉足的複雜地形，執行搜尋或救援任務。
最近，來自日本大阪大學的一組研究人員，又找到一種新的方式，來支配馬達加斯加蟑螂。他們開始用AI來增強蟑螂對陌生領域的探索能力了。
不想運動，也得運動
比起明亮的地方，蟑螂更喜歡待在黑暗的環境。假如你打開家裡廚房的燈，看到蟑螂四散奔逃，它們可能也是在跑向自己的舒適區。科學家看好這類夜行生物，畢竟許多搜救工作需要在缺少光亮的情況下進行。
不過，在大阪大學的森島圭佑教授眼裡，蟑螂在黑暗中的運動習慣，還有不少可以改善的空間。比如，有些蟑螂從明亮的世界走進暗處之後，會先休息一段時間（減少運動或幾乎不運動），而不是立刻積極地行動起來。森島教授說，如果要在一處廢墟或未知的環境裡，部署一臺實時監控的攝影機，蟑螂這樣的自然行為就可能阻礙它的工作。
森島和他的同事們希望，當蟑螂進入黑暗地帶後，能早一點開始探索自己周圍的空間，行動的範圍也要儘可能擴大。於是，研究小組決定給蟑螂植入電極，利用這些電極向動物發出電刺激，促使它們運動得更多。
科學家選中了3只雄性馬達加斯加蟑螂成為賽博格。每隻蟑螂被植入了3個鉑電極，一個植入到胸部，一個植入到左側尾須，一個植入到右側尾須。
先前有其他研究者發現，在蟑螂行走過程中，對它的左尾鬚髮出電刺激，蟑螂會向右轉，刺激右尾須時蟑螂會向左轉；假如同時刺激左右尾須，蟑螂則會加速運動，效果顯著。
上圖為左轉右轉，下圖為加速（圖片來源：參考資料3）
而這一次，大阪大學的研究小組希望通過刺激兩根尾須，來促進蟑螂的自由運動，而不會代替它們決定運動的方向。
重要的是，科學家不想每時每刻都刺激蟑螂。森島教授說：「我們不需要像操控機器人那樣操控賽博格，它們可以有一定的自主權，這也是它們敏捷運動的基礎。」那麼，只在必要的時候發出刺激就可以了，在這項研究裡，必要的時候就是蟑螂停下的時候。
如果想在對的時機發出電刺激，使不動的蟑螂運動起來，就必須了解它們的實時運動狀態。為此，研究者讓蟑螂背上了一個「揹包」，揹包裝有慣性測量單元（IMU），用來測出它的加速度和角速度，這些資料是判斷運動狀態的重要線索。（馬達加斯加蟑螂沒有翅膀，剛好適合揹包，在製造賽博格的科學家看來，這些蟑螂不會飛並不是個缺點。）
但對追求準確的研究者來說，只靠IMU還不足以確定蟑螂的運動狀態，因為它會有偏差和噪聲。所以，科學家要用機器學習演算法來分析IMU資料，更好地判斷蟑螂有沒有停下腳步。他們訓練了幾種不同的AI，包括支持向量機（SVM），K近鄰演算法（KNN）、邏輯迴歸（LR）和樸素貝葉斯（NB），看哪種方法的準確度最高。
每個AI都要根據IMU資料，來預測蟑螂是停著還是走著。至於它們的預測是否正確，只要跟攝像頭拍下的內容對比一下就會知道。結果，支持向量機（線性）從幾種演算法中勝出，在蟑螂運動和蟑螂沒動的情況下，它預測的準確率都是最高的。
D為線性支持向量機（圖片來源：原論文）
那麼，就依照這隻AI的判斷，來指揮電極向停下的蟑螂發出刺激吧。科學家把每一隻植入了電極的蟑螂放進一個圓形運動場，當AI認為它沒有走動，它的尾須就會受到電刺激。蟑螂每次要在圓形運動場裡待7分鐘，這是科學家留給它探索運動場的時間。時間結束之後，研究者會評估它探索了多少：比如搜尋了多大區域（以網格數計算），行走了多長的距離，有多少時間在行走等等。然後，和沒有施加電刺激時的7分鐘探索程度做對比。
3只蟑螂的行動軌跡。左為無刺激自由行，右為施加刺激後（圖片來源：原論文）
其實，那3只被選中的蟑螂，對運動的熱情並不相同。在沒有電刺激的情況下，1號和2號蟑螂不太活躍，3號蟑螂最活躍；在接受了電刺激的情況下，3號蟑螂仍然最活躍。但即便個體與個體之間有差異，施加電刺激之後，每一隻蟑螂都變得比先前更活躍了。總體看來，與沒有電刺激的時候相比，按照AI指引接受電刺激的蟑螂，區域搜尋率增加了68%，行走距離增加了70%，休息時間減少了78%。
這個結果讓研究人員感覺到，依靠刺激尾須來扭轉蟑螂的自然行為是可行的。讓它們在原本不想運動的情況下增加運動，這對搜救場景而言十分重要。
也許你會感覺，成為賽博格的蟑螂們，休息時間被剝奪得很嚴重。不過研究者卻說，有了AI的幫助，可最大限度地減少蟑螂受到的刺激，避免它們因為刺激過多而疲勞。
想要逃跑也越來越難
這項新的研究，只是測試了蟑螂的運動習慣能不能適應搜救任務。
但在如此特殊的場景下，應該還有其他值得考慮的問題。比如，賽博格蟑螂需要用電，在難於及時充電的嚴峻環境裡，如何能讓它們堅持工作數天甚至數週，也是科學家一直在關心的事。
2022年，日本理化學研究所（RIKEN）等機構的研究者，也把馬達加斯加蟑螂改造成了賽博格。這些蟑螂同樣揹著包，包裡裝著所有電子設備，並有電線將控制器與蟑螂的腿部相連，讓科學家能夠用電流操控蟑螂向左或向右。但除此之外，科學家們還在蟑螂腹部貼上了超薄的太陽能電池模組。它的厚度只有0.004毫米，卻能提供17.2毫瓦的功率輸出。這樣，或許可以在一定程度上避免蟑螂丟棄任務逃跑。
電線連接著控制器與蟑螂的腿（圖片來源：參考資料4）
太陽能發電，只是其中一種思路。2014年，森島教授和同事們還嘗試過利用蟑螂的體液來發電。那次，他們製造的賽博格蟑螂，背上就馱著生物燃料電池（BFC）。這種發電裝置將蟑螂體液中的海藻糖（trehalose）作為能源，當海藻糖擴散到裝置中，那裡的海藻糖酶（trehalase）等可以把它分解為葡萄糖。葡萄糖被固定在電池的負極，並被氧化；而正極則有氧分子被還原為水。在此過程中產生了電子交換，依靠這種原理髮電，輸出功率最高達到了50微瓦，而10微瓦的輸出功率則可以保持3小時以上。科學家利用蟑螂體液發電，實現了每5秒點亮一次LED燈，以及測量溫度並每100秒向外傳輸一次資料。
那時研究者說，體液中的雜質如蛋白質與脂肪等等影響了發電效率。如果能改善過濾裝置，電池的功率還會提升。
問過蟑螂的意見嗎？
原論文：
1、https://spj.science.org/doi/10.34133/cbsystems.0012
參考資料：
2、https://www.eurekalert.org/news-releases/985667
3、https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2105/2105.10869.pdf
4、https://www.nature.com/articles/s41528-022-00207-2
5、https://ieeexplore.ieee.org/document/6765599