機(jī)器人的新進(jìn)化

李木子

在大多人的印象中，機(jī)器人是笨拙而機(jī)械化的，它們由金屬材料構(gòu)成，靠機(jī)械能產(chǎn)生動(dòng)力，似乎跟生命扯不上什么關(guān)系。不過，隨著3D打印技術(shù)和組織工程學(xué)的發(fā)展，生命與機(jī)械的界限已經(jīng)被打破，動(dòng)物的細(xì)胞、肌肉乃至心臟，現(xiàn)在都可以跟冷冰冰的機(jī)械相結(jié)合，創(chuàng)造出更靈活更有生命力的新一代機(jī)器人。

依靠心臟細(xì)胞的機(jī)器鰩魚

2016年7月，美國哈佛大學(xué)的科學(xué)家們推出了全球首個(gè)生物合成機(jī)器人——機(jī)器鰩魚。這個(gè)機(jī)器人模仿自然界中的鰩魚制造而成，長只有1.5厘米，重只有10克，其骨干由黃金制作而成，皮層由硅樹脂制成，能以每秒3毫米的速度緩慢前進(jìn)。神奇的是，其動(dòng)力來源竟然是老鼠心臟細(xì)胞。

機(jī)器鰩魚的制動(dòng)體由老鼠心臟細(xì)胞構(gòu)成。這些細(xì)胞位于植入了特殊蛋白的有機(jī)矽制作的模板上，沿著模板的蛇形圖案整齊排列生長，一周內(nèi)的數(shù)量能繁殖到20萬個(gè)，形成類似鰩魚的肌肉纖維結(jié)構(gòu)，靠收縮產(chǎn)生前進(jìn)動(dòng)力。

那么，這些心臟細(xì)胞怎么知道什么時(shí)候收縮呢？

事先，研究者們會(huì)往這些活體細(xì)胞的基因里增添對(duì)特定光譜敏感的基因，當(dāng)特定光脈沖對(duì)其電擊時(shí)，老鼠心臟細(xì)胞會(huì)沿著模板上的圖案按序收縮，帶動(dòng)整個(gè)軀體前進(jìn)。而且，機(jī)器鰩魚兩側(cè)會(huì)對(duì)不同的光波敏感，如果只用一種光波刺激，將只能讓鰩魚的一側(cè)收縮，這樣鰩魚就能完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作，避開障礙物。

由于鰩魚游動(dòng)時(shí)改變方向的方式與心臟跳動(dòng)有相似之處，能有效防止傾斜或翻轉(zhuǎn)，所以這項(xiàng)技術(shù)在未來會(huì)被用來制造人工心臟。

給機(jī)器加點(diǎn)肌肉

當(dāng)我們看到現(xiàn)在的機(jī)器人時(shí)，往往會(huì)覺得它們的動(dòng)作很笨拙，這是因?yàn)樗鼈兊目刂葡到y(tǒng)仍然使用常規(guī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由剛性材料來連接，如果機(jī)器人也有像人一樣的身體組織，動(dòng)作會(huì)不會(huì)更協(xié)調(diào)呢？

美國伊利諾大學(xué)仿照了人體的肌肉骨骼模型，發(fā)明了一個(gè)只有兩條腿的機(jī)器。這個(gè)機(jī)器的腿、“腰部”都是由3D打印的水凝膠充當(dāng)，非常堅(jiān)固，同時(shí)柔韌性也非常好，而一個(gè)環(huán)形肌肉會(huì)環(huán)繞骨骼提供動(dòng)力來源。跟機(jī)器鰩魚一樣，它的環(huán)形肌肉也是由實(shí)驗(yàn)室培育的細(xì)胞生長而成，能由電脈沖控制收縮產(chǎn)生動(dòng)力。

未來這項(xiàng)技術(shù)，最終可能發(fā)展成一代生物機(jī)器人，用于藥物遞送、“智能”移植、制作手術(shù)機(jī)器人等。不過，也有可能這項(xiàng)技術(shù)會(huì)帶來更糟糕的后果，比如像科幻小說中那樣，出現(xiàn)肌肉、肌腱和皮膚跟人類一模一樣，但骨骼、心臟等器官卻是金屬制造的冷血?dú)⑹帧K結(jié)者（人型機(jī)械人）。

柔軟的“八爪怪”

在大海中，章魚是一個(gè)非常奇特的生物，它們有三個(gè)心臟，口部像鸚鵡喙一樣，感知世界的觸角不是只有一條，而是有八條，它們沒有內(nèi)骨骼，卻有驚人的力量。

哈佛大學(xué)的科學(xué)家們受到章魚啟發(fā)，也發(fā)明了一種神奇的章魚機(jī)器人——八爪怪。這次科學(xué)家們沒用活體細(xì)胞，然而八爪怪身體柔韌性依然非常好，能鉆進(jìn)細(xì)縫中，能根據(jù)周圍環(huán)境改變形狀，能用觸角安全操作水下易碎物體，是第一個(gè)能像無脊椎動(dòng)物那樣靈活的軟體機(jī)器人。

之所以這么柔軟，是因?yàn)檫@個(gè)機(jī)器人體內(nèi)沒有任何的電池或者電線，完全采用化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)。其身體內(nèi)有一套微小的化學(xué)反應(yīng)控制部件，能利用過氧化氫與鉑反應(yīng)，生成氧氣和水蒸氣。這些氣體經(jīng)排放孔進(jìn)入八爪怪的腕足后，會(huì)驅(qū)動(dòng)章魚的腕足變形運(yùn)動(dòng)。

為了更靈活運(yùn)動(dòng)，八爪怪的八條腕足是由兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)通路控制，通過微閥門控制，既能讓八爪怪的兩邊腕足同時(shí)運(yùn)動(dòng)，也能讓二者先后交替運(yùn)動(dòng)。下一步，研究者將會(huì)為它們安上開關(guān)、復(fù)雜的控制器和傳感器，讓它們更能適應(yīng)環(huán)境，既能在水中游泳，也能在陸地爬行?？梢钥隙ǖ厥?，由于軟體機(jī)器人能承受擠壓，未來在醫(yī)學(xué)、航空、探測(cè)領(lǐng)域都會(huì)大展身手。endprint