機(jī)器人的新進(jìn)化

李木子

依靠心臟細(xì)胞的機(jī)器鰩魚(yú)

2016年7月，美國(guó)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(yú)。這個(gè)機(jī)器人是模仿自然界中的鰩魚(yú)制造而成，長(zhǎng)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(shù)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(lái)源竟然是老鼠的心臟細(xì)胞。

機(jī)器鰩魚(yú)的制動(dòng)體由老鼠的心臟細(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(zhǎng)，一周內(nèi)的數(shù)量能繁殖到20萬(wàn)個(gè)，形成類(lèi)似鰩魚(yú)的肌肉纖維結(jié)構(gòu)，靠收縮產(chǎn)生前進(jìn)的動(dòng)力。

那么，這些心臟細(xì)胞怎么知道什么時(shí)候應(yīng)該收縮呢？

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)，老鼠的心臟細(xì)胞會(huì)沿著模板上的圖案按序收縮，從而帶動(dòng)整個(gè)軀體前進(jìn)。而且，機(jī)器鰩魚(yú)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(yú)的一側(cè)收縮，這樣鰩魚(yú)就能完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作，避開(kāi)障礙物。

由于鰩魚(yú)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(lái)會(huì)被用來(lái)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)，我們往往會(huì)覺(jué)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(lái)連接。如果機(jī)器人也有像人一樣的身體組織，那么它們的動(dòng)作會(huì)不會(huì)更協(xié)調(diào)呢？

美國(guó)伊利諾大學(xué)仿造人體的肌肉骨骼模型，發(fā)明了一臺(tái)只有兩條腿的機(jī)器。這臺(tái)機(jī)器的腿、“腰部”都由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，而環(huán)形肌肉會(huì)環(huán)繞骨骼提供動(dòng)力來(lái)源。跟機(jī)器鰩魚(yú)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(zhǎng)而成，能由電脈沖控制收縮產(chǎn)生動(dòng)力。

未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)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(guò)，這項(xiàng)技術(shù)也有可能會(huì)帶來(lái)很糟糕的后果，比如像科幻小說(shuō)中那樣，出現(xiàn)肌肉、肌腱和皮膚跟人類(lèi)一模一樣，但骨骼、心臟等是由金屬制造的冷血?dú)⑹帧K結(jié)者（人型機(jī)器人）。

柔軟的“八爪怪”

在大海中，章魚(yú)是一種非常奇特的生物，它們有3個(gè)心臟，口部像鸚鵡的喙一樣，感知世界的觸角不只有1條，而有8條，它們沒(méi)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(yú)的啟發(fā)，發(fā)明了一種神奇的章魚(yú)機(jī)器人——八爪怪。這次科學(xué)家們沒(méi)用活體細(xì)胞，然而八爪怪的身體柔韌性依然非常好，它能鉆進(jìn)細(xì)縫中，能根據(jù)周?chē)h(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(wú)脊椎動(dòng)物那樣靈活的軟體機(jī)器人。

這個(gè)機(jī)器人之所以這么柔軟，是因?yàn)樗捏w內(nèi)沒(méi)有任何的電池或者電線(xiàn)，完全采用化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)。其體內(nèi)有一套微小的化學(xué)反應(yīng)控制部件，能利用過(guò)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(yú)的腕足變形運(yùn)動(dòng)。

為了更靈活地運(yùn)動(dòng)，八爪怪的8條腕足由兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)通路控制。通過(guò)微閥門(mén)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)為它安上開(kāi)關(guān)、復(fù)雜的控制器和傳感器，讓它更好地適應(yīng)環(huán)境，既能在水中游泳，也能在陸地爬行。可以肯定的是，由于軟體機(jī)器人能承受擠壓，未來(lái)它們?cè)卺t(yī)學(xué)、航空、探測(cè)領(lǐng)域都會(huì)大顯身手。endprint