机器人由动物细胞组成 这样的它能干什么

当人们谈及“机器人”时，通常首先浮现在脑海中的是闪耀着金属光芒的刚硬身躯，伴随着机械式的行走和语音声。这类由简单刚性材料构建的机器人，在工厂环境中显得尤为常见，一旦与工人发生碰撞，很容易造成伤害。

研究人员正努力改变这一状况，让机器人拥有如同动物般的柔软和灵活性。这一愿景的实现，可以通过将传统的驱动装置（如发动机）与气动人工肌肉或弹簧相结合来达到。例如，Whegs系列机器人采用弹簧连接发动机和轮腿的设计，当遇到障碍物（如工人）时，弹簧能够吸收撞击的能量，有效避免对人们的伤害。扫地机器人其保险杆也采用弹簧支撑，以避免在工作中对家具造成损害。

部分研究团队正探索一条全新的道路，他们将机器人学与组织工程学相结合，开发出由活体肌肉组织或细胞驱动的机器人。在电流或闪光刺激下，这些机器人内部的细胞会收缩，从而驱动机器人在水中游动或在陆地上爬行。这些机器人拥有如同动物般的柔软度，并且相对于传统机器人，它们对周围的人类和环境更加安全。更令人惊奇的是，这些机器人的能量来源不再是电池，而是养分，为肌肉细胞提供动力，从而减轻了机器人的自重。

为了制造这些先进的生物机器人，研究人员采用了一种名为组织工程化的方法。他们在无毒的骨架上培养活体细胞（主要是大鼠和鸡的心脏或骨骼肌细胞），以制造生物机器人的基础。如果骨架采用的是高分子材料，那么这种机器人就可以被称为生物合成机器人，这是天然和人工材料的完美结合。

为了确保细胞能够有效地为机器人提供动力，研究人员采用了细胞微图形化技术。他们在骨架上贴上或打印细微的导线，引导细胞生长和分裂，使细胞按照特定的模式排列。这样，细胞不再是一团混乱，而是一个有序的整体，能够按照研究人员的意图对骨架施加力量，从而驱动机器人的各个部分。

除了生物合成机器人，还有全有机机器人和仿生合成机器人等类型。全有机机器人使用天然有机材料（如皮肤胶原蛋白）作为骨架，而非高分子材料。它们受到电场刺激后开始行动。某些机器人的设计灵感来源于医学组织工程，通过长臂（或触手）支撑身体前进。

最近，研究人员公布了一种新型驱动生物机器人的方法。哈佛大学的研究团队使用经过基因改造的心脏细胞，成功驱动了鳐鱼状的机器人游动。这些经过改造的细胞能够对特定频率的光波刺激产生收缩反应。研究人员通过改变光波的频率来控制机器人的转向。

虽然生物合成机器人领域的进展令人兴奋，但要使这些机器人走出实验室并投入实际应用，仍面临许多挑战。其中最大的问题是机器人的寿命和承载能力有限，这限制了它们的移动速度和工作性能。为了解决这个问题，研究人员正在寻找更强健的细胞作为驱动器。凯斯西储大学的研究人员正在利用海蛞蝓的细胞进行尝试。这些海蛞蝓生活在环境恶劣的滩涂区域，为了适应不断变化的环境而进化出强大的细胞。使用海蛞蝓的肌肉细胞驱动的机器人将具有更强的环境适应能力。

随着技术的不断进步，我们有望在未来看到更多柔软、灵活、安全的生物机器人在各种领域发挥作用。在生物机器人的研发过程中，工程师们面临着诸多挑战，其中一个关键难点在于缺乏一个集成的控制系统。目前，他们的控制方式仅限于电场和光信号，要想实现全自动化的生物机器人，还需要一种能够与肌肉直接接口，同时提供感官输入的控制器。一种理想的控制器便是所谓的神经中枢（ganglia），它由神经元和神经节组成。正是基于这样的设想，我们借助了加州海蛞蝓进行研究。这些海蛞蝓长期以来一直是神经生物学领域的模型系统。我们对海蛞蝓神经系统与肌肉间关系的深入研究将有助于开发一种神经元控制的有机控制器，使生物机器人能够根据任务需求灵活调整行动方式，比如搜寻有毒物质或追踪光源等。这些微型机器人未来可能会被大量投放到水源或海洋，用于环境检测。与传统的硬性机器人相比，这些生物合成机器人的生物相容性更强，可以被环境降解或被野生动物摄入并消化，从而不会对环境造成危害。更令人兴奋的是，未来我们甚至可能利用人体组织来制造医疗用机器人。这些机器人可以执行靶向给药、清理血栓等任务，甚至可以作为可驱动的血管内支架使用。由于这些医疗机器人的基质采用有机材料而非人工合成材料，因此它们在植入人体后一段时间可融合为一体。研究者们已经开始探索制造血管系统的可能性，预示着肌肉驱动的大型机器人时代的到来。