在1970年代，美国中央情报局（CIA）打造了一款机器蜻蜓间谍。现在我们知道它是如何运行的了。 新近公开的文件披露了中情局如何创造出全球最早的昆虫机器人范例之一。
在2003年12月底，中情局在华盛顿附近的博物馆中展示了许多前所未见的间谍工具。这些工具包括一个伪装成老虎粪便的窃听设备，用以记录越南的部队调动；还有一条机器鱼，用来在隐藏的核电厂附近采集水样本。除此之外，还有一只小小的蜻蜓。
乍看之下，这个1970年代的冷战时期产物看起来就像任何一只普通的绿色大蜻蜓（Anax junius），或者如果你瞇着眼睛看，也许会觉得像蓝面蜻蜓（Coryphaeschna adnexa）——它的脸部、前翅和胸部都在正确的位置。但仔细一看，你会发现这只小虫根本不是真的虫。它是“昆虫直升机”（insectothopter），一个虫子大小的间谍，代表着我们在复杂的昆虫机器人领域中迈出的第一大步。这在微处理器刚刚出现在期是一项不可思议的成就。
现在，在这个公开亮相16年后——以及在它首次飞行近50年后——新近公开的文件巨细无遗地展示了中情局是如何创造出如此令人印象深刻的微型机器人。
昆虫直升机的示意图，由The Black Vault解密并提供。
尽管这只蜻蜓在中情局博物馆中是明星展品，但其细节数十年来一直保密，直到反保密网站“黑库”（The Black Vault）的创办人约翰・格林沃尔德（John Greenwald）在2013年夏天根据《资讯自由法》（FOIA）提出了文件请求。
“我多年来了解到，美国军方和政府经常会承认或证实某件事物的存在，而且大多数的时间，这样就能满足了公众的好奇心，”格林沃尔德告诉《大众机械》（Popular Mechanics）。“然而……我们通常无法获得完整的故事。所以我会追查从未公开的文件，以讲述更多的故事，或真正的事实。”
七年后的2020年1月，格林沃尔德收到了一叠详细描述蜻蜓设计和构造的文件，而这个故事可以追溯到冷战高峰时期的间谍活动。。
当时，窃听——或使用电子设备窃听谈话——是一种强大且相对新颖的间谍技术，但有些地方仍然难以接近。
于是，中情局转向反射器技术，即利用反射激光光的小玻璃珠（此处为激光光束）。这种反射激光光束会因玻璃上的任何震动而改变反射距离。CIA可以通过分析返回的光束，重建干扰它的震动，进而基本上从光中提取声音。事实上，这些反射器就像一种远程麦克风，可以窃听任何对话。1970年，中情局已经使用类似技术来侦测窗玻璃的震动。
真正的挑战在于如何将这些小型反射器放置到窗台上、大使馆的墙上，或正确的公园长椅旁，同时还要保持隐蔽。中情局之前曾尝试在猫身上安装麦克风，但最终以失败告终。该机构需要另一种方法。
间谍鱼“查理”。中情局开发了“查理”，一种水下无人载体，以研究使用此类设备进行情报搜集的可行性。具备耐压壳体、压载系统、通信和推进系统。“查理”在化学和核设施附近采集水样本。
这时，中情局研究与发展办公室的副主管唐·雷瑟（Don Resier）提出了一个替代方案。与其在常见的哺乳动物身上安装麦克风，不如使用机器昆虫，这样就不会被注意到。它被称为“昆虫直升机”，雷瑟指派查尔斯·阿德金斯（Charles Adkins）负责这个计划。
阿德金斯的目标是制造一种可以飞行200米并运送0.2克反射器玻璃珠而不被注意到的设备。雷瑟认为蜜蜂是不错的选择，但直到1999年，人们才完全了解这种昆虫复杂的飞行力学。
阿德金斯真正需要的是稳定性，因为当时的计算机体积太大且速度太慢，无法处理复杂的控制。幸运的是，阿德金斯的一位中情局科学家同事是蜻蜓爱好者，并且收藏了一些保存完好的标本。
普通绿色大蜻蜓。Encyclopaedia Britannica//Getty Images
根据阿德金斯的说法，这位科学家的名字在《资讯自由法》文件中仍然被涂黑，他说蜻蜓的空气动力学要稳定得多。除了非常灵活之外，与其他昆虫相比，蜻蜓的滑翔能力也异常出色，这有助于它们在长途飞行中节省能量。这位科学家带来了一些标本，当阿德金斯追问时，“那老家伙从架子上取下昆虫，轻轻抛到空中，”阿德金斯写道。“它绕了大约两圈，然后稳稳地落在桌子上。”
这次示范说服了阿德金斯，但团队仍然需要弄清楚如何复制蜻蜓的翅膀，它们的翅膀每分钟拍动1800次。为了做到这一点，科学家们使用了一个微小的流体振荡器，这种设备没有任何可移动部件，完全依赖由硝酸锂晶体产生的气体驱动。当初步测试显示原型机无法携带所需的0.2克有效载荷时，设计人员通过向后排放废气来增加额外的推力，很像喷射推进。
经过快速的蜻蜓风格涂装后，这架无人机准备好执行（秘密）任务，重量不到一克。它闪闪发光的“眼睛”就是用来窃听目标的玻璃反射器珠子。
虽然中情局现在有了它的机器昆虫，但它仍然需要一种控制它的方法。
使用无线电控制并不可行，因为任何额外的重量都会让这只小型“昆虫直升机”（insectothopter）无法飞行。因此，CIA科学家转而使用与反光器相同的激光技术。他们研发了一款便携式激光设备，名为ROME，能产生不可见的红外光束。这套设计的原理是利用激光加热双金属片，使蜻蜓的排气管能打开或关闭。这样不仅可以有效控制“引擎”的输出，另一道激光则充当“舵”，引导蜻蜓飞向目标地点。
凭借这种气体驱动的引擎与激光导航系统，这只“昆虫直升机”只能飞行60秒。但这已足够让蜻蜓将其负载送达200米外的目标地点。由于这只蜻蜓并未配备起落架，它很可能采用“碰撞后停留”的方式完成任务。
“有限操作能力的“昆虫直升机”已进行了可行性研究，目前所有计划目标均已完成。”阿德金斯在他1974年的最终报告中说。
根据中情局的说法，这是昆虫直升机的首次飞行。
尽管这只蜻蜓在工程学上是一项惊人的成就，并在测试条件下表现完美，但实验室环境与现实差距甚远。这种“昆虫直升机”设计中最大的问题是，操作人员在飞行过程中必须手动保持激光对准目标。虽然这在静态的风洞内可以轻松完成，但在有风或不可预测的环境中就显得困难重重。
“在静止的空气中直线飞行并不太难。这有点像纸飞机，尤其是当你用一些压缩气体给它一个助推时，”英国里兹大学（University of Leeds）的生物力学专家西蒙·沃克（Simon Walker）告诉《Popular Mechanics》。 “如果你检查蜻蜓翅膀上的翅脉，它们构成了一个非常复杂、可变形的结构的一部分，该结构在压力下会以特定的方式弯曲，而这种可变形性对于空气动力学来说非常重要。”
理论上，昆虫直升机仍然可以在小于7英里/小时（约11公里/小时）的风速下飞行，但“尚未实现受控动力飞行的最终示范，”阿德金斯最终报告说。“虽然飞行测试令人印象深刻，但在任何类型的侧风中进行控制都太困难了。”
该计划耗资14万美元，换算成现在的，大约是200万美元左右。相比如今间谍卫星耗资数十亿美元，这笔费用微不足道。然而，中情局从未有任何任务需要动用这只蜻蜓间谍，最终计划遭到终止。。
以每秒6,000格的慢动作摄影机捕捉到的Delfly微型无人机。
在过去50年里，我们对昆虫飞行的理解——以及复制它所需的电子设备——已经取得了巨大的进展，即使大自然仍然领先一步。
“我们仍然无法制造出像大黄蜂翅膀一样高效的设备，即使在受损的情况下也能良好运行，”沃克说，但他指出由Animal Dynamics开发的Skeeter无人机，是一个很好的例子，说明我们对生物力学更深入的了解如何创造出昆虫直升机真正的继承者。
这款灵活的微型无人机同样受到蜻蜓的启发，配备四个拍动的翅膀。虽然昆虫直升机无法抵御微风，但Skeeter却能应对“强阵风条件，并具备比现有四轴飞行器更高的容忍度和续航能力”，根据该公司介绍。
自2005年以来，荷兰代尔夫特理工大学（University of Delft）的研究人员也致力于开发多款机械蜻蜓。其中最小的一款Delfly Micro仅重3克，翼展4英寸。这只机械昆虫能以电池供电飞行3分钟，其灵活性远胜其前身。此外，它还能发送来自摄影镜头的形象，这是当年中情局设计者难以想象的功能。
一些计划甚至比中情局的原始构想更加前卫。2017年，查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室（Charles Stark Draper Laboratory）的研究人员创造了一只半机械蜻蜓。他们对活体蜻蜓进行改造，通过植入其眼部的“操控神经元”实现遥控。
虽然这些概念远远超越了中情局最初的努力，但它们也受益于半个世纪的技术进化。
“如今我们不断听到无人机的消息。”格林沃尔德说。“这可是1970年代的无人机，只有一只昆虫大小。1970年代！想想50年后的技术进步会带来什么。”
虽然最初的昆虫直升机未能成功，但阿德金斯和他的团队为未来的昆虫机器人奠定了稳定的平台。如果中情局在2020年设计出类似的无人机会是什么样子？没人知道，这仍然是机密。
