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「聽見」野火的甲蟲:喜火性昆蟲如何成為火災偵測技術原型?

環境資訊中心

更新於 09月23日01:14 • 發布於 09月23日01:10 • 曹可芝、林大利、環境資訊中心綜合外電

今年夏天,野火燒過歐洲多地,數十萬人被迫撤離家園。但在逃離火場的路上,有一種昆蟲與其他生物背道而行。

牠是黑吉丁蟲(Melanophila acuminata),一種「喜火性昆蟲」(Pyrophilous insects),也是少數會「主動撲向」森林大火的動物。火一熄,牠就飛進焦黑的林地產卵:這種甲蟲的幼蟲只能在剛燒完的樹木殘骸裡發育。對其他生物是死亡禁區的火場,是牠們的育嬰室。

黑吉丁蟲是一種「喜火性昆蟲」(Pyrophilous insects),火一熄,牠就飛進焦黑的林地產卵:這種甲蟲的幼蟲只能在剛燒完的樹裡發育。圖片來源:insecta_ua/iNaturalist(CC BY-NC 4.0)

追著火光飛翔

黑吉丁蟲能夠精準找到野火,靠的是藏在胸部的凹陷狀感覺器官裡,左右各約70個球狀的感覺受器,對森林火災產生的紅外線(IR)輻射極為敏感。德國波恩大學(University of Bonn)生物學家施密茨(Helmut Schmitz)曾在2004年研究中解釋,當火災一發生,這些小球就會受熱膨脹,推動下方的壓力感覺受器「感覺」到火。運作方式與感知聲波極為相似,就像牠們能「聽見」火似的。

施密茨的團隊也成功「複製」黑吉丁蟲的火災感測器,他們運用同樣會吸收紅外線的聚乙烯薄板模擬受熱膨脹,再由感測器讀出膨脹量。但他當時坦言,「市售的紅外線感測器比這好上100倍。」要成為更靈敏、更便宜的消防監測工具,還需要持續改善。

為了探究這套人造感測原理的極限,施密茨著手研究黑吉丁蟲能從遠處察覺到火災的感應距離。關於偵測距離的常見數字眾說紛紜、並不可靠,文獻中從50公尺到160公里都有。至於媒體中常見,黑吉丁蟲能偵測到80公里外的火災的依據,施密茨直言:文獻中確實有80公里的記載,但這些數據從未受過完善的檢驗。

施密茨早前曾表示,「我們的目標是測試所有已知具有紅外線感知能力的動物。」他的團隊早在1997年於《自然(Nature)》期刊發表黑吉丁蟲的紅外線偵測能力。此後數十年,團隊陸續研究了澳洲喜火吉丁蟲(Merimna atrata)、黑澳洲花螢(Acanthocnemus nigricans)以及扁椿象科扁椿象屬(Aradus)等喜火性昆蟲。甚至與蛇類專家合作,研究已知真正擁有紅外線感知器官的脊椎動物——部分蛇類、蝮蛇及大型蟒蛇。

黑吉丁蟲能夠精準找到野火,靠的是藏在胸部的凹陷狀感覺器官裡左右各約70個球狀的感覺受器,對森林火災產生的紅外線(IR)輻射極為敏感。圖片來源:Larissa Gómez Villaseñor/iNaturalist(CC BY-NC 4.0)

近年來,仿生學也有了新突破。2025年6月,中國同濟大學與中國科學院上海技術物理研究所團隊在《自然通訊(Nature Communications)》發表研究,模仿黑吉丁蟲的中紅外線感知能力,做出了相似的光電神經形態電晶體,這款裝置在中紅外線光照強度僅每平方公分0.5毫瓦(mW/cm²)的微弱光照下仍能偵測,偵測閾值的靈敏程度相當於黑吉丁蟲。

此外,研究團隊還訓練系統辨識火焰的九種移動方向,準確率達94.79%。論文指出,這項研究推進了中紅外線動態追蹤目標的發展,未來可應用於軍事監控、環境監測、工業檢測、自動駕駛與火災預警等領域。

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