陈正磊，胡福良

（1.浙江大学工科试验班2129 班，浙江 杭州 310058；
2.浙江大学动物科学学院，浙江 杭州 310058）

信息是蜜蜂社会必不可少的要素，无论是传递信息还是接受信息刺激，都是蜜蜂社会构建所需具备的先决条件。电信号作为信息传递的一种方式，能被蜜蜂感知，同时也能对蜜蜂的行为产生方方面面的影响。

2.1 生物信号与蜜蜂觅食行为间的联系

生物电信号是自生物体产生的独特的电信号，无论是非活跃状态还是活跃状态，只要是生物体活细胞或者组织，都能产生一种规律的放电现象。

在科学家对熊蜂觅花的研究中发现，花朵能够发出微弱的电信号，而蜜蜂可以以某种方式识别这种电信号，从而实现蜜蜂与花朵间的“交流”。在一次次实验中，研究人员发现，植物可以发送微弱的负电电场，而恰巧蜜蜂在飞行时，通过与空气的摩擦可以得到将近200 伏特的正电荷，这种微弱的电势差足以被蜜蜂察觉，也就使蜜蜂更容易寻找到花朵的所在地。同时，在蜜蜂降落到花朵上以后，两者间的电势会产生微妙的变化，暗示这朵花已被采过蜜，具有一定的标识作用。更令人吃惊的是，由于不同的花产生的电场不同，熊蜂却能够识别不同的电信号，进而更利于对了解不同花之间的颜色差异[1]。这无不揭示了生态链中植物与动物之间巧妙的交互与联系。

2.2 电器设备产生的电磁波信号对蜜蜂的影响

上文已经提到，蜜蜂可以感知植物产生的电信号，但同时也会受到电子设备产生的电磁波信号的影响。“电子雾”是一种充斥着电磁波的空间，是由电子通信设备以及电器设备发出的各种不同波长以及频率的电磁波造成的，通常也被称为电磁环境污染。德国科学家研究发现，这种电子雾环境可以干扰蜜蜂和鸟类的生物巡航功能，从而影响其迁徙行为和繁殖行为，甚至能够导致其死亡。据科学家统计，欧洲出现大规模蜜蜂消失现象，美国有近1/4 的蜜蜂群分崩离析，而英国麻雀相比于30 年前，数量几乎减少了50%。德国萨尔州大学研究人员对此做出了总结，认为造成这一切的幕后黑手并无其它，正是电子雾酿就了这一切[2]。由此可见，电子设备产生的电磁波成为了蜜蜂的天敌。人类社会正在飞速发展的同时，也在不断与生态发生摩擦与冲突。电子产品与电气设备的普及使人类社会变得更加便利，同时无法避免地剥夺走蜜蜂的家园。

2.3 脑电刺激下的蜜蜂飞行行为

大脑是生物信息收集以及处理的中枢，所有生物行为都是在大脑发布的命令下执行。如果对昆虫的大脑进行外部刺激，就可以对昆虫的身体传达信号，从而控制其运动行为。就目前而言，对生物体行为诱导主要有三种方法，分别是电刺激、光诱导和代谢调控。接下来主要讨论的是电刺激对蜜蜂行为的诱导。

2.3.1 半生物昆虫机器人的来源

昆虫-机器混合体系是半生物昆虫机器人的另一种称呼，即在不改变昆虫体的基础上通过外设装备通过电刺激等方式对其行为进行干涉控制，从而改造为兼具生物体与机器特征的个体。这一概念最初来自于20 世纪90 年代，当时科学界正流行一种被称为“无线电遥测技术”的电控系统，并用于采集肌肉神经运动参数。随着科研团队逐渐深入研究，开始分别对不同昆虫作为载体，在不同的刺激点位对昆虫进行电刺激行为展开研究。然而，虽然在其他方面研究已取得了较为不错的进展，但有关控制背包方面还存在许多薄弱环节。

2.3.2 电刺激控制昆虫运动行为的研究发展历程

对于控制昆虫的行走行为，最早出现的是对蟑螂触角电刺激的半生物机器人，Holzer 和Shimoyama 向蟑螂的触角根部用100 μm 的铂或不锈钢电极进行电刺激，从而促使蟑螂在一条直线上行走[3]。随后，Latif 和Bozkurt 设计出了仅仅500 mg 的轻型背包实现了蟑螂半生物机器人的S 型线路行走[4]。后来这项技术进一步发展，在上海交通大学教授张定国团队的开发下，实现了采用脑机接口技术，识别人脑的运动意图来直接控制蟑螂的行动，并能让其进行“s”型路线行走。

而对昆虫的飞行行为的控制，科学研究者曾以飞蛾为载体进行研究。不同于蟑螂机器人，对飞蛾的电刺激部位选取在飞蛾的肌肉，并且，在飞蛾处于蛹期时对其植入电极，从而达到较高的控制成功率。Bozkurt 团队和麻省理工学院的飞蛾机器人研究团队先后通过控制背包实现了飞蛾飞行的启动、停止与转向[5]。

由于蜜蜂载体拥有着异于其他昆虫的优异的视觉能力，这对于蜜蜂的飞行调控有着至关重要的作用。浙江大学的昆虫机器混合系统研究利用对蜜蜂的视觉神经进行干扰实现了蜜蜂起飞与停止的控制[6]。浙江大学薛磊以熊蜂作为昆虫半生物机器人研究对象，通过对熊蜂双侧以及单侧脑区电刺激实现了被固定状态下熊蜂振翅行为的激发和停止，并且研制出了面向熊蜂的控制背包系统[7]。北京理工大学的赵杰亮等最新研究发现，蜜蜂的嗅觉对蜜蜂的飞行同样也有着一定的调控作用，通过对蜜蜂触角电刺激，能够形成虚拟嗅觉来诱导蜜蜂的飞行[8]。

在蜜蜂对电子信息技术方面提供了重要贡献的同时，电子技术也在蜜蜂养殖方面有着广泛的应用，这对养蜂产业起到了极大的推动作用，有着广阔的发展前景。

3.1 电取蜂毒器[9]

蜂毒具有很高的医用价值，可以用于治疗各种炎症、心血管、神经系统等方面的疾病。尤其在关节炎治疗上蜂毒有着十分突出的治疗效果。

最初的采毒是用镊子夹住工蜂，让其用鳌刺的方式排出蜂毒，再用吸墨纸吸取后通过蒸馏方式提炼出来。但是由于这种采毒方法完全由手工实现，获取蜂毒的效率极低。之后，为了弥补这一缺陷，化学麻醉蜜蜂来获取蜂毒的方法诞生。将蜜蜂放入置有乙醚的容器中，在麻醉剂的刺激影响下排出蜂毒，最后蒸发乙醚获取蜂毒。但是这种方式也带来了高成本、蜜蜂高死亡率的弊病，后来也废除了。

目前采用的采毒方法来自于1954 年马克维克发明的电取蜂毒法，在后来的一步步改良后，逐渐应用于全世界，具有高效率、低损伤、高纯度等优良特性。

电取蜂毒器主要由3 部分组成：取毒板、电源和开关控制装置。取毒板上排布着一个个宽度约4 mm、由铜线组成的栅格，铜线正负电性交错排列，使通过的蜜蜂受电刺激影响下排出毒液，毒液将滞留在栅格下方一块玻璃板上，待蜂毒挥发成晶体时，用刀片轻轻刮取即可。

3.2 “螨刷”[10]

“螨刷”是一种电击治螨器具，原本是在1990 年由一位苏联的蜜蜂学者研发的。“螨刷”由许多个“孔刷”构成，这种孔刷与采集蜜蜂身上携带花粉的装置类似，这些小孔恰好能允许一只蜜蜂通过。如果浸泡在电解液中，并附上12V 左右的电压，就能巧妙地将蜜蜂身上的螨电晕，从蜜蜂体上掉落下来，并且不会对蜜蜂造成伤害，从而起到了十分有效的除螨功效，而这种功效据说能达到100%。

3.3 蜂人工羽化技术

羽化是蜜蜂由幼虫成长为成虫所必须经历的一个环节，通过人工羽化的方式，可以缩短蜜蜂羽化所消耗的时间，从而提高蜜蜂的繁殖速度，增加蜜蜂产品的产量。

人工羽化方式具体由羽化箱来实现。采用电子控温技术，羽化箱内的温度能控制在34.5℃左右，湿度能控制在40%～70%，达到蜜蜂适宜的羽化条件，从而加快蜜蜂羽化速度。1996 年，福建农林大学蜂学系教学场提供了一次蜜蜂自然羽化与人工羽化过程的对比试验。本次试验就蜜蜂的封盖期、初生重、吻长、翅面积以及背板长等数据展开了2 组对照实验，发现在2 组试验中除了初生重以外其他数据基本相同，而经分析初生重可能与当时的气候环境湿度有关[11]。也就是说，人工羽化与自然羽化培育出的蜜蜂几乎无差别，人工羽化技术在不改变蜜蜂品质的前提下提高了羽化效率。

3.4 电子镇蜂器

被蜜蜂蜇会使伤者产生红肿、疼痛、恶心、发热等一系列的症状，严重者可能还会发生休克昏迷。为了避免或减少蜂蜇，20 世纪80 年代，一款利用声波来镇服蜜蜂的电子镇蜂器诞生。加拿大和联邦德国研发者共同研发了这款电子镇蜂器，并将之取名为“bee calm”[12]。

电子镇蜂器的原理是利用电子电路的电磁振荡产生一种约6 000 Hz 频率的声波，蜜蜂会受到该声波的影响而停止活动，从而达到镇蜂的目的。这种方法对蜜蜂的镇服效率据说能达到100%，并且对蜜蜂和人均无害，目前已广泛应用于加拿大的商业养蜂中。

在所有与蜜蜂相关的领域当中，“科技+蜜蜂”领域可谓是有着最为广阔的前景。通过电信号，植物、人类能与蜜蜂产生微妙的互动，前者可以吸引与诱导蜜蜂的采蜜行为，后者可以对蜜蜂的行为进行调控，但有时也会对蜜蜂的生存产生极大的威胁。有效地利用电子信息技术不仅可以造福蜜蜂与生态，还可以极大推动人类科学技术与生产生活的发展。由于蜜蜂具有独特的视觉优势，非常适合作为昆虫半生物机器人的载体。通过蜜蜂半生物机器人，我们可以在未来应用于环境监测、搜索等方面，可以通过人工操控完成为花授粉的过程，也能通过蜜蜂的视角观测蜜蜂的行为习惯，更加深入地了解蜜蜂。同时，对蜜蜂脑电刺激实验对于脑机接口技术有着一定的启示作用，继续深入研究可以在一定程度上推动脑机接口技术的进展。

电子技术在蜜蜂产业也有着广阔的应用空间，电取蜂毒器、“螨刷”等电子仪器能够有效地辅助蜂产品生产和病敌害的保护，这也对蜜蜂产业产生了良好的经济助推效应。未来也许可以借助蜜蜂的筑巢原理发明蜜蜂筑巢装置，有效提高筑巢效率，提高蜂群的生存能力，增加蜂产品的产量和效益。但科技在改善人类生产生活的同时，也对生态造成一定的负面影响。例如电子产品与发信装置输出的电磁信号能对蜜蜂、鸟类的生活造成干扰，破坏野生动物的栖息环境。协调好人类、生态与蜜蜂之间的关系，还需要做出更大的努力。

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