機器人的新進化

李木子

依靠心臟細胞的機器鰩魚

2016年7月，美國哈佛大學的科學家們推出了全球首個生物合成機器人——機器鰩魚。這個機器人是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。神奇的是，其動力來源竟然是老鼠的心臟細胞。

機器鰩魚的制動體由老鼠的心臟細胞構成。這些細胞位于植入了特殊蛋白的有機矽制作的模板上，沿著模板的蛇形圖案整齊排列生長，一周內的數量能繁殖到20萬個，形成類似鰩魚的肌肉纖維結構，靠收縮產生前進的動力。

那么，這些心臟細胞怎么知道什么時候應該收縮呢？

事先，研究者們會往這些活體細胞的基因里增添對特定光譜敏感的基因，當特定光脈沖對其電擊時，老鼠的心臟細胞會沿著模板上的圖案按序收縮，從而帶動整個軀體前進。而且，機器鰩魚兩側會對不同的光波敏感，如果只用一種光波刺激，將只能讓鰩魚的一側收縮，這樣鰩魚就能完成轉向動作，避開障礙物。

由于鰩魚游動時改變方向的方式與心臟跳動有相似之處，能有效防止傾斜或翻轉，所以這項技術在未來會被用來制造人工心臟。

給機器加點肌肉

當我們看到現在的機器人時，我們往往會覺得它們的動作很笨拙，這是因為它們的控制系統仍然使用常規的電機驅動，由剛性材料來連接。如果機器人也有像人一樣的身體組織，那么它們的動作會不會更協調呢？

美國伊利諾大學仿造人體的肌肉骨骼模型，發明了一臺只有兩條腿的機器。這臺機器的腿、“腰部”都由3D打印的水凝膠充當，非常堅固，同時柔韌性也非常好，而環形肌肉會環繞骨骼提供動力來源。跟機器鰩魚一樣，它的環形肌肉也是由實驗室培育的細胞生長而成，能由電脈沖控制收縮產生動力。

未來，這項技術可能發展成一代生物機器人，用于藥物遞送、“智能”移植、制作手術機器人等。不過，這項技術也有可能會帶來很糟糕的后果，比如像科幻小說中那樣，出現肌肉、肌腱和皮膚跟人類一模一樣，但骨骼、心臟等是由金屬制造的冷血殺手——終結者（人型機器人）。

柔軟的“八爪怪”

在大海中，章魚是一種非常奇特的生物，它們有3個心臟，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，它們沒有內骨骼，卻有驚人的力量。

哈佛大學的科學家們受到章魚的啟發，發明了一種神奇的章魚機器人——八爪怪。這次科學家們沒用活體細胞，然而八爪怪的身體柔韌性依然非常好，它能鉆進細縫中，能根據周圍環境改變形狀，能用觸角安全操作水下易碎物體，是第一個能像無脊椎動物那樣靈活的軟體機器人。

這個機器人之所以這么柔軟，是因為它的體內沒有任何的電池或者電線，完全采用化學反應驅動。其體內有一套微小的化學反應控制部件，能利用過氧化氫與鉑反應，生成氧氣和水蒸氣。這些氣體經排放孔進入八爪怪的腕足后，會驅動章魚的腕足變形運動。

為了更靈活地運動，八爪怪的8條腕足由兩個化學反應通路控制。通過微閥門控制，既能讓八爪怪的兩邊腕足同時運動，也能讓二者先后交替運動。下一步，研究者將會為它安上開關、復雜的控制器和傳感器，讓它更好地適應環境，既能在水中游泳，也能在陸地爬行。可以肯定的是，由于軟體機器人能承受擠壓，未來它們在醫學、航空、探測領域都會大顯身手。endprint