李木子

在大多人的印象中，機器人是笨拙而機械化的，它們由金屬材料構(gòu)成，靠機械能產(chǎn)生動力，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，生命與機械的界限已經(jīng)被打破，動物的細胞、肌肉乃至心臟，現(xiàn)在都可以跟冷冰冰的機械相結(jié)合，創(chuàng)造出更靈活更有生命力的新一代機器人。

依靠心臟細胞的機器鰩魚

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

機器鰩魚的制動體由老鼠心臟細胞構(gòu)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(nèi)的數(shù)量能繁殖到20萬個，形成類似鰩魚的肌肉纖維結(jié)構(gòu)，靠收縮產(chǎn)生前進動力。

那么，這些心臟細胞怎么知道什么時候收縮呢？

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(dāng)特定光脈沖對其電擊時，老鼠心臟細胞會沿著模板上的圖案按序收縮，帶動整個軀體前進。而且，機器鰩魚兩側(cè)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(cè)收縮，這樣鰩魚就能完成轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，所以這項技術(shù)在未來會被用來制造人工心臟。

給機器加點肌肉

當(dāng)我們看到現(xiàn)在的機器人時，往往會覺得它們的動作很笨拙，這是因為它們的控制系統(tǒng)仍然使用常規(guī)的電機驅(qū)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，動作會不會更協(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)明了一個只有兩條腿的機器。這個機器的腿、“腰部”都是由3D打印的水凝膠充當(dāng)，非常堅固，同時柔韌性也非常好，而一個環(huán)形肌肉會環(huán)繞骨骼提供動力來源。跟機器鰩魚一樣，它的環(huán)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(chǎn)生動力。

未來這項技術(shù)，最終可能發(fā)展成一代生物機器人，用于藥物遞送、“智能”移植、制作手術(shù)機器人等。不過，也有可能這項技術(shù)會帶來更糟糕的后果，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殺手——終結(jié)者（人型機械人）。

柔軟的“八爪怪”

在大海中，章魚是一個非常奇特的生物，它們有三個心臟，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器人——八爪怪。這次科學(xué)家們沒用活體細胞，然而八爪怪身體柔韌性依然非常好，能鉆進細縫中，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，是第一個能像無脊椎動物那樣靈活的軟體機器人。

之所以這么柔軟，是因為這個機器人體內(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。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)排放孔進入八爪怪的腕足后，會驅(qū)動章魚的腕足變形運動。

為了更靈活運動，八爪怪的八條腕足是由兩個化學(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運動，也能讓二者先后交替運動。下一步，研究者將會為它們安上開關(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。可以肯定地是，由于軟體機器人能承受擠壓，未來在醫(yī)學(xué)、航空、探測領(lǐng)域都會大展身手。endprint