3D打印潜水服让半机械蟑螂化身水下搜救先锋，续航三小时

在大多数人眼里，蟑螂是避之不及的害虫。

但南洋理工大学和早稻田大学的研究人员却把它们变成了不可思议的救援工具。

他们为活体蟑螂配备了3D打印的潜水套装，使其能在被水淹没的环境中导航。

这听起来像是科幻电影的情节，实际是发表在《自然·通讯》上的一项研究的前提：遥控电子昆虫能够在陆地和水域之间移动，并在狭小、极端的环境中连续活跃数小时，而人类和传统机器人在这些环境中难以应对。

研究人员没有建造一个模仿蟑螂的机器人，而是直接对活体蟑螂进行接线改装。

将动物与电子控制器结合，就是所谓的「电子昆虫」，这是一种利用大自然已经构建的身体而非试图复制的混合体。

研究团队选用马达加斯加发声蟑螂，将昆虫的自然能力与现有的控制背包以及新设计的3D打印呼吸系统相结合，赋予了它们两栖能力。

为什么选择蟑螂？这一选择并非随意。

蟑螂能挤过几毫米宽的缝隙，在不平整的废墟上行动自如，一旦被掀翻几乎瞬间就能自行翻转，并且只需极少的能量就能持续活动数小时。

工程师们多年来一直试图让小型机器人做好其中任何一项，却收效甚微。

在陆地上，这种韧性表现良好，但一旦进入水下，这种优势迅速瓦解。

蟑螂通过身体两侧称为「气门」的小孔进行呼吸，一旦这些气门被淹没，昆虫就无法获得空气。

这正是研究人员试图解决的问题。

他们的答案是一套潜水服，一个包裹在腹部周围的柔性3D打印外壳，与负责运动的控制背包分开。

装备了这套外壳的昆虫可以连续在水下活跃长达三小时，而没有外壳时，这一时间降至大约两分钟。

将外壳安装到活体昆虫身上比听起来要困难得多。

它必须轻便、防水，并且形状精确，以免干扰蟑螂的自然运动，这三个约束条件除非使用3D打印，否则很难同时满足。

每个部件都是围绕昆虫个体的身体打印的。

核心部件是一个3D打印的氧气罐，由透明的PMMA型树脂制成，化学性质接近亚克力。

内部，一块涂有二氧化锰的海绵与少量过氧化氢反应生成氧气，通过微小的硅胶管直接输送到昆虫的呼吸孔。

外壳采用柔性树脂打印，因此能随蟑螂一起运动而不是对抗它。

甚至连接外壳与气门的接头也是定制打印的，因为两对呼吸孔的形状不同，每个都需要自己的密封。

Sato教授解释说，这套潜水服就像人类潜水员的氧气瓶，产生氧气直接送到蟑螂的呼吸孔，让它们能在水下或低氧环境中活动。

他提到，这很重要，因为灾害现场在大雨或洪水后，碎石和积水会堵塞通道，有了水下能力，搜救效果会好很多。

早稻田大学的Umezu教授说，最大的工程挑战是把系统做小、做轻、做柔韧，同时还能产生足够氧气支撑长时间水下移动。

所以他们的办法是把柔软防水外壳和简单的化学氧气发生器结合起来，这样蟑螂既受保护，又能保持自然机动性。

早在2018年，就有人探索过类似思路。

仿生设计师龟井润（Jun Kamei）与RCA-IIS东京设计实验室合作开发了Amphibio，一种3D打印的可穿戴鳃，采用多孔疏水材料，能让人类从周围水中提取氧气。

龟井的设计明确受到潜水昆虫的启发，这些昆虫在超疏水皮肤上捕获一层薄空气层以便在水下呼吸。

但Amphibio从未超越概念阶段，为一名全尺寸人类产生足够氧气需要一个约32平方米的鳃。

南洋理工和早稻田实际上通过利用昆虫自身微小的氧气需求，并将「鳃」功能外包给化学反应，解决了相同的生理限制。

这并非假设。

Sato教授在这个领域已经钻研了十多年，算是半机械昆虫的先驱，他的半机械蟑螂已经用于真实的搜救工作，包括在2025年3月袭击缅甸的7.7级地震后部署的「狮心行动」。

现在，这套潜水服正在模拟灾害环境里测试，以便进一步优化。

该团队还计划添加传感器和导航功能，并考虑对其他通过气门呼吸的昆虫（如蝗虫和甲虫）的适应性。

有了水下能力，研究人员还打算让它们去检查管道、排水沟、隧道这些潮湿又难进的地方。

如果这一趋势持续，3D打印的微型生命支持系统可能成为水下增材制造中一个反复出现（尽管小众）的领域。