一般来说，想要让机器人“听到”，需要麦克风阵列将声音信号转化为电信号，然后进行处理电信号获取声音中包含的信息。当然，构建机器人听力说起来容易做起来难。机器人的听觉系统需要传感、机械、控制等多方面的协调配合。可以说涵盖了多个学科。一件难事。那么，既然模仿生物耳朵并不容易，那么直接将生物耳朵“连接”到机器人上是否可行呢？事实上，这个古怪甚至残酷的想法来自于以色列特拉维夫大学的一个研究团队。不久前，该团队的研究成果《Ear-Bot:LocustEar-on-a-ChipBio-HybridPlatform》（EarRobot:LocustEar-on-a-ChipBio-HybridPlatform）正式发表在《传感器》杂志上.生物耳朵有什么优势？在这项研究中，研究团队选择了蝗虫作为主角。原因在于，经过亿万年的进化，昆虫获得了自然界中最高效、最强大的一些感觉器官。如果把这些感觉器官看作是传感器，那么与很多人工传感器相比，这种传感器的优势就在于体积小、重量轻。重量轻，功耗低，适合多变的环境。特别是在听觉方面，昆虫的听觉感受器经历了多次进化，已经具备了场景分析和交流功能，具有高度的多样性。具体来说：在形状上，他们的耳朵可以是近场敏感的天线，也可以是远场敏感的鼓膜。从功能上讲，它可以是窄带滤波器(mosquito)或宽带传感器(noctuid)。在神经处理方面，可以只有一个神经元（蜘蛛蛾）或数千个中间神经元（雄性蚊子耳朵有15,000个神经元）。沙漠蝗虫的耳朵更为灵敏，覆盖的频率范围广，可以作为读取神经系统电生理信息的良好模型。根据研究团队的说法：到目前为止，还没有研究表明生物混合机器人平台可以通过生物传感器对声音做出反应。将生物传感器添加到机器人平台可以有两个好处，一是其行为和能力可以与与众不同的天然蝗虫耳朵进行比较，二是可以与纯技术设备（麦克风阵列）进行比较。研究团队是如何将蝗虫耳朵“附”在机器人身上的？论文显示，研究团队设计了一个生物混合平台Ear-Bot，它集成了沙漠蝗虫的听觉系统作为感官输入，并连接了一个移动机器人平台。通俗地说，就是制作一个蝗虫耳芯片Ear-Chip，作为机器人的听觉传感器。在此过程中，该团队利用了微生理系统（MPS，也称为片上器官OoC）或“人体片上器官技术”的最新发展。人体器官芯片是一项新兴的尖端技术。简单地说，它是指构建在载玻片大小的芯片上的器官生理微系统，包括活细胞、组织界面、生物体液等器官微环境的关键要素，因此可以在体外模拟人体组织器官的主要结构和功能特征以及器官之间的联系。人体器官芯片技术的背后是多学科的融合，被列为2016年十大新兴技术之一。事实上，Ear-Chip的设计使得蝗虫耳朵能够长期存活，也确保可以放置在小型移动机器人平台上（如下图a）。值得一提的是，研究团队通过SolidWorksCAD软件设计芯片，然后3D打印具有生物相容性的牙科透明树脂进行芯片制作，最终成功打造出耐用的微型传感装置。基于此，研究团队创建了用于组织支持和信号分析的模块化定制算法。同时，Ear-Bot还配备了定制电极，可以测量耳朵的电生理反应并将其传递给机器人。如上图b所示，机器人还集成了处理信号和运行不同算法所需的所有电子设备（包括前置放大器、电路板等）。除了定制芯片Ear-Chip和电极，机器人平台还包括信号放大器、控制器和信号处理器系统（CSPS），以响应来自不同方向和距离的声音那么，具体效果如何呢？实验表明，Ear-Bot对声音的反应类似于使用麦克风作为输入所表现出的反应。研究人员拍手，蝗虫耳朵识别声音并将其转化为电信号，传输到机器人的电生理测量系统、控制器和信号处理系统。值得一提的是，Ear-Bot系统可以从混合噪音中分辨出马达声和拍手声。也就是说，蝗虫耳朵对各种频率更加敏感，能够对真实的声音做出反应。如下图所示，其最佳响应在3.5kHz（±2）左右，对来自不同方向的声音响应没有明显变化，5-35cm距离的声音响应没有差异。可以看出，Ear-bot可以响应来自不同方向和距离的声音。对于上述研究成果，论文共同作者之一BenM.Maoz博士表示：我们应该深入挖掘，利用自然界的现象和规律。我们证明的原理其实可以用在其他感官上，比如嗅觉、视觉和触觉等。比如，有些动物有惊人的探测爆炸物、毒品的能力，也许我们可以制造出带有生物鼻子的机器人。毋庸置疑，自然往往比科学研究领先一步，科学家们有望以自然为灵感，带来更前沿的科技进步。
