圖片來源：Sora/ChatGPT
撰文 | 阿嫻
審校｜ziv
當土壤深處的溫度漸漸升高，沉睡了許久的蟬也即將結束地下生活，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周圍的樹林裡，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》，沒有人在樹林裡放了揚聲器，這首歌竟然是從蟬體內發出的！
圖源網路
雄蟬用一對類似鼓的器官——鼓膜（tymbals）發出標誌性的響亮聲音。當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，聲音最遠能傳到幾十米開外——相當於把人類吶喊聲放大到飛機起飛的音量。
利用這個自然機制，東京大學的生物學家西田直人（Naoto Nishida）近期做了一件略帶超現實主義色彩的事情：他把蟬變成了活體樂器。研究團隊從眾多品種中，找到了一種體形巨大，鼓膜附近的肌肉相對較少，更容易實現效果的蟬——日本油蟬（Graptopsaltria nigrofuscata）。
油蟬廣泛分佈於東亞地區，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聲的鼓膜中，透過傳送經過校準的電脈衝（從0到1伏），從而製造出昆蟲-計算機混合揚聲器。在蟬前方1釐米處的麥克風，會記錄下它們在電刺激下發出的鳴叫聲，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，以確定產生每個音程的最佳電壓，並繪製了波形圖。
經過反覆試驗，研究團隊發現不同蟬發出的聲音範圍各有不同：有些蟬能發出高音調的聲音，比如261.6赫茲的高音C；有些則能發出低音調的聲音，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》到底像不像吧！（友情提醒：請調低手機/耳機音量，非戰鬥人員請迅速撤離！！！）
機器人昆蟲聽上去像是科幻小說，其實，自20世紀90年代以來，科學家們就對機器人昆蟲產生了濃厚的興趣。當時，研究人員就開始將微型電極植入蟑螂的觸角，並對其進行電擊以控制其運動。他們的想法是將它們用作搜尋和救援用途的混合機器人。我們曾經就寫過一篇用“意念控制”，誘導果蠅行動的殭屍大軍。
蟑螂是受人討厭的生物，但它們的生理構造使其成為這類工作的理想之選。它們行動敏捷、體態輕盈，能夠穿越複雜的地形，甚至比最先進的仿生機器人表現更佳。再配上先進的電子系統，蟑螂就能被精確遠端控制，甚至調整速度。
圖源南洋理工大學
例如，2021年，新加坡南洋理工大學的科學家們將馬達加斯加嘶嘶蟑螂改造成了機器人。每隻機械蟑螂都配備了一個輕便的“揹包”，“揹包”內裝有一塊主控制板、一個無線通訊模組和一塊小型可充電鋰電池。“揹包”會向昆蟲的神經肌肉部位輸出電訊號， 指導其運動。在實驗室模擬的災難場景中，透過施加電流，他們成功操控蟑螂的機率高達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只半機械蟑螂，它們參與了兩次搜救行動，是世界首次機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：“我們研究的蟬揚聲器同樣可用於地震等緊急情況。比如在建築物倒塌或電力有限、基礎設施受損的災區，不需要額外加裝揚聲器或電池的飛行昆蟲能幫助傳遞警報聲音。”
參考資料：
[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Graptopsaltria_nigrofuscata
[5]https://www.agriculture.gov.au/biosecurity-trade/policy/australia/naqs/naqs-target-lists/newcastle
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