這種射頻標簽比露珠還輕 微型發射器可幫助科學家了解極具社會性的黃蜂

科學家對昆蟲如何度過一天所知甚少，但這一問題非常值得探究。昆蟲在食物鏈中扮演關鍵角色，還為農作物授粉；而社會性昆蟲更能為我們揭示友誼形成與交流溝通的基本規律。一種專為造紙胡蜂設計的超輕射頻標簽，或許能幫助科學家一窺長期缺失的基礎行為信息：這些小動物離開巢穴后，究竟去了哪里？

這種標簽僅重20毫克，大約是一滴水重量的三分之一。密歇根大學電氣工程師David Blaauw實驗室的博士生Yi Shen，于2月18日在舊金山舉行的IEEE國際固態電路會議上展示了這項成果（https://submissions.mirasmart.com/ISSCC2026/Itinerary/PresentationDetail.aspx?evdid=53）。

密歇根大學計算機科學家Hun-Seok Kim則開發了定位算法，用于追蹤標簽。他們面臨的挑戰是：制造一款超輕量級發射器，同時具備足夠的探測距離（1.45公里）與定位精度（0.9米），來定位這些微小的昆蟲。

并非只有他們在為小型生物研發更精準、干擾更小的追蹤設備。新澤西州開普梅市的細胞追蹤技術公司（CTT）銷售一款60毫克的追蹤器，目前已用于追蹤黑脈金斑蝶的遷徙規律。該追蹤器采用光伏電池+電容器組合，并通過藍牙信號傳輸數據。任何人都可以下載相關應用，參與蝴蝶追蹤。該公司還為夜行蝙蝠設計了另一款追蹤器，配備常規電池。針對晝夜都活動的鳥類，CTT則推出了光伏電池+可充電電池的混合供電系統。

但即便是60毫克，對黃蜂來說也太過沉重。密歇根大學研究黃蜂行為與演化的Elizabeth Tibbetts表示：“此前被追蹤過的動物，體型都比黃蜂大得多。”Tibbetts為Blaauw團隊的設計提供了建議。

蜜蜂和蝴蝶備受關注，但Tibbetts說：“人們卻忘了去喜愛黃蜂。”造紙胡蜂是園丁的好幫手。它們作為傳粉昆蟲，以花蜜為食，也捕食毛蟲，而且通常不會蜇人。

它們還擁有復雜的社會生活，甚至能認出彼此的臉。Tibbetts說，當你知道這只黃蜂是戴安娜，那只是蘇珊，和“所有黃蜂都長得一個樣”的生活是完全不同的。黃蜂會建立友誼與伙伴關系，當然也有一些獨來獨往。春天從冬眠中醒來后，大約10只左右的黃蜂會聚在一起，互相打鬧、打量彼此，然后決定要和誰組成合作群體。也有些黃蜂會選擇不加入任何團體。

Tibbetts表示，她和其他研究者之所以能觀察到這些復雜行為，是因為黃蜂通常會返回巢穴。研究人員會在黃蜂身上點上不同顏色的小點來區分個體。“但我們完全不知道它們不在巢穴時都在做什么，”她說。有時候它們再也沒有回來。蘇珊是死了？是自己筑巢去了？還是加入了別的巢穴？有了合適的追蹤器，Tibbetts希望能找到答案。

造紙胡蜂的體重約為125毫克。它們能夠負重飛行，將毛蟲帶回巢穴。但Blaauw和Shen希望盡可能減輕標簽重量，讓這些昆蟲可以自由覓食。他們還必須確保標簽不會影響黃蜂的空氣動力學性能，因此除了輕量化，體積也必須足夠小巧。

實現輕量化、遠距離與定位精度的完美結合是關鍵。舍棄電池是第一步。“電池無法微型化，”Blaauw表示。微型電池無法提供足夠電流來產生強無線電信號。而電容器通過在表面積累電荷儲存能量，在微型化場景下表現更優。“如今，極小的電容器也能儲存足夠電荷，用于發射無線電脈沖。”他說。這款黃蜂標簽所用的電容器僅重0.86毫克，一塊微型光伏板會慢慢為其充電，直至積攢足夠能量發射無線電信號。

Shen表示，對整個系統進行極致微型化的需求，給電路設計帶來了諸多限制。發射時，信號可能干擾電路其他部分，包括控制器與振蕩器。因此，這些組件在信號發射期間會與電路其他部分隔離。Blaauw說，為這一特定生物應用設計電路，催生出了他們原本不會想到的全新設計思路。“正是這個難題，推動我們實現了電路創新。”

行為生物學家、CTT首席執行官Michael Lanzone表示，這款黃蜂標簽令人驚嘆。“如此輕量化的標簽，為我們所有人樹立了新的追趕目標。”他說。

Shen表示，由于造紙胡蜂只在溫暖的季節活動，研究團隊趕在ISSCC（國際固態電路會議） 投稿截止前，抓緊用這種傳粉昆蟲測試了他們的發射器。除了電路設計，他們還對黃蜂進行了CT掃描，確保標簽能貼合在昆蟲身上，且不會影響其空氣動力學性能。生物系的一位合作者戴上兩副手套以防被蜇，將標簽粘在了黃蜂身上。研究團隊把黃蜂放到室外，它很快就飛出了視線，而他們成功追蹤了大約1.5公里。到目前為止，一切順利。今年夏天，他們希望開展更多測試。

Lanzone希望密歇根大學這項技術能獲得資金支持，進一步完善標簽并交付給研究人員使用。“很多大學實驗室都會誕生非常棒的技術，但之后就沒了下文。我很期待看到他們能否把這項技術推進到下一階段。”

“我真心希望這個設備能成功 —— 用它來研究黃蜂一定會非常有趣。”Tibbetts說。