說(shuō)到傳統(tǒng)的機(jī)器人，你可能會(huì)想到由金屬和塑料制成的一些東西。這種由螺帽和螺栓拼裝起來(lái)的機(jī)器人是由硬金屬制成的。

　　隨著機(jī)器人在試驗(yàn)室之外的領(lǐng)域承擔(dān)的任務(wù)越來(lái)越多，這種死板的系統(tǒng)可能會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)巨大的安全隱患。例如，如果一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人撞到人，那很可能會(huì)造成瘀傷甚至骨折的后果。

　　人類(lèi)已經(jīng)開(kāi)始研究如何讓機(jī)器人變得更安全或更柔順，從冰冷的機(jī)器變成柔順的寵物。

　　與電動(dòng)機(jī)這樣的傳統(tǒng)致動(dòng)器配合使用時(shí)，就像使用空氣肌肉或者給電動(dòng)機(jī)加上彈簧一樣。

　　例如，Whegs機(jī)器人就是在電動(dòng)機(jī)和輪腿之間加上了一個(gè)彈簧，如果機(jī)器人撞到其他東西比如人，彈簧就可以起到減震和緩沖的作用，這樣人就不會(huì)受傷了。Roomba吸塵機(jī)器人就是另一個(gè)例子，它也安裝了緩沖器，因此當(dāng)它撞到家具時(shí)也不會(huì)損壞家具。

　　但是現(xiàn)在人們開(kāi)始朝著另一個(gè)方向研究了，人們想把機(jī)器人與活體組織結(jié)合在一起，研制出能夠利用活體肌肉組織或細(xì)胞致動(dòng)的機(jī)器人。這些機(jī)器人可以利用電子信號(hào)或者光線(xiàn)來(lái)激活，讓細(xì)胞組織與它們的骨骼連接在一起，從而讓機(jī)器人作出各種動(dòng)作。

　　這種機(jī)器人可以像動(dòng)物一樣四處走動(dòng)，而且軀體會(huì)是軟的。在與人類(lèi)共處的時(shí)候，它們也會(huì)比傳統(tǒng)的機(jī)器人更加安全，對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成的危害也會(huì)比較小。當(dāng)然，既然像動(dòng)物一樣由活體組織或細(xì)胞構(gòu)成，它們也需要攝取營(yíng)養(yǎng)以維持肌肉的活性。從重量的角度上來(lái)說(shuō)，這種生物機(jī)器人會(huì)比傳統(tǒng)機(jī)器人更輕盈一些。

　　研究員們正在通過(guò)培育活體細(xì)胞來(lái)研制生物機(jī)器人，他們用來(lái)培育活體細(xì)胞的材料通常是老鼠或小雞的心臟肌肉或骨骼肌肉，培育載體是對(duì)細(xì)胞組織無(wú)損害的支架。如果以高分子材料作培育基板，那么他們研制出來(lái)的設(shè)備就是生物機(jī)器人，一種介于天然材料和人造材料之間的混合體。

　　如果只是將細(xì)胞放在一個(gè)模具骨骼上而不加以引導(dǎo)，那么它們發(fā)育的方向就是隨機(jī)的。這意味著當(dāng)研究員們利用電子信號(hào)讓它們移動(dòng)的時(shí)候，細(xì)胞組織的收縮力就會(huì)是散發(fā)性的，這就會(huì)降低生物機(jī)器人的執(zhí)行效率。

　　所以為了更好地控制細(xì)胞組織產(chǎn)生的力，研究員們轉(zhuǎn)向微成型技術(shù)。我們?cè)诩?xì)胞組織附著的骨骼上刻下或印上微小的線(xiàn)條，它們就會(huì)引導(dǎo)著細(xì)胞組織按照預(yù)定好的模式生長(zhǎng)。

　　控制了細(xì)胞組織的生長(zhǎng)方向之后，研究員們就可以控制細(xì)胞組織施加到基板上的力的大小和方向，從而控制生物機(jī)器人的動(dòng)作。

　　生物機(jī)器人的創(chuàng)意來(lái)自動(dòng)物

　　除了大批生物混合型機(jī)器人之外，研究員們甚至利用純天然材料研制出一些完全由活體組織構(gòu)成的機(jī)器人。有些機(jī)器人在電場(chǎng)的刺激下可以做出爬行或游泳的動(dòng)作。有些機(jī)器人的開(kāi)發(fā)靈感則來(lái)自于醫(yī)學(xué)組織工程技術(shù)，它們利用長(zhǎng)長(zhǎng)的矩形手臂來(lái)拖動(dòng)自己前進(jìn)。

　　還有一些研究員從自然界尋找開(kāi)發(fā)靈感，他們開(kāi)發(fā)出各種仿生混合機(jī)器人。例如，加州技術(shù)學(xué)院的一群研究員開(kāi)發(fā)出一種類(lèi)似于水母的生物混合機(jī)器人，他們稱(chēng)之為“水母機(jī)器人”的這種設(shè)備周?chē)惭b了一圈的手臂，每一條手臂都用蛋白質(zhì)材料刻印了微型模型，就像活體水母的肌肉一樣。當(dāng)細(xì)胞組織收縮的時(shí)候，這些手臂就會(huì)向內(nèi)彎曲，推動(dòng)生物混合機(jī)器人在富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的液體中向前移動(dòng)。

　　最近，研究員們又展示了如何控制生物混合機(jī)器人。哈佛大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用基因改良的心臟細(xì)胞讓一種外形酷似蝠鲼的仿生機(jī)器人游泳。這些心臟細(xì)胞會(huì)根據(jù)光線(xiàn)的頻率做出不同的回應(yīng)，不同位置的細(xì)胞對(duì)應(yīng)的頻率也是不同的。

　　當(dāng)研究員們用不同的光線(xiàn)去照射這種機(jī)器人時(shí)，細(xì)胞就會(huì)收縮并向蝠鲼身體不同位置的細(xì)胞發(fā)出電子信號(hào)，這種收縮力會(huì)沿著機(jī)器人的軀體傳遞，推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。研究員們已經(jīng)可以利用不同頻率的光線(xiàn)來(lái)控制機(jī)器人向左轉(zhuǎn)或向右轉(zhuǎn)。如果加強(qiáng)光線(xiàn)的強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)細(xì)胞產(chǎn)生的收縮力就會(huì)變強(qiáng)，這樣研究員就能控制機(jī)器人四處移動(dòng)了。

　　雖然人類(lèi)已經(jīng)在生物混合機(jī)器人領(lǐng)域取得了令人振奮的研究成果，但是要想讓這些設(shè)備走出試驗(yàn)室，還有很多重要的工作要做?，F(xiàn)在的生物混合機(jī)器人的使用壽命還比較有限，輸出的力量也不大，這就限制了它們的速度和完成各種任務(wù)的能力。由哺乳類(lèi)動(dòng)物或鳥(niǎo)類(lèi)動(dòng)物的細(xì)胞制成的機(jī)器人對(duì)環(huán)境條件的要求也是很挑剔的。

　　例如，周?chē)h(huán)境溫度必須與生物肌體溫度接近，而且細(xì)胞也需要定期用營(yíng)養(yǎng)豐富的液體滋養(yǎng)。其中一種解決方案是將這些生物混合機(jī)器人包裝起來(lái)，讓肌體不會(huì)受到外界環(huán)境的破壞并且還能一直浸潤(rùn)在營(yíng)養(yǎng)液中。

　　另一種解決方案是利用更強(qiáng)健的細(xì)胞組織來(lái)作致動(dòng)器。凱斯西儲(chǔ)大學(xué)正在研究使用堅(jiān)硬的深海生物海蝸牛的細(xì)胞來(lái)制作生物混合機(jī)器人致動(dòng)器的可能性。因?yàn)楹Ｎ伵Ｉ钤诔遍g地帶，因此可以經(jīng)受溫度和環(huán)境含鹽濃度在一天之中發(fā)生巨大的變化。

　　退潮后，海蝸牛就會(huì)被困在潮水留下的水洼中。當(dāng)太陽(yáng)升起之后，環(huán)境溫度會(huì)不斷上升，水洼中的水分被蒸發(fā)掉之后，周?chē)h(huán)境含鹽濃度也會(huì)不斷上升。而在下雨的時(shí)候，情況剛好相反，周?chē)h(huán)境的含鹽濃度會(huì)因?yàn)楸挥晁♂尪陆?。?dāng)潮水再次來(lái)臨的時(shí)候，海蝸牛才能從水洼中被解放出來(lái)。因此，海蝸牛在不斷進(jìn)化的過(guò)程中形成了非常堅(jiān)硬的細(xì)胞組織以適應(yīng)這種多變的環(huán)境。

　　我們已經(jīng)能夠用海蝸牛的活體組織來(lái)控制生物混合機(jī)器人的行動(dòng)，這說(shuō)明我們可以利用這種抗性極強(qiáng)的組織來(lái)研制更堅(jiān)固的生物機(jī)器人。這種生物機(jī)器人可以搬起大約1.5英寸長(zhǎng)1英寸寬的小塊重物。

　　人們?cè)陂_(kāi)發(fā)生物機(jī)器人時(shí)遇到的另一個(gè)重要問(wèn)題是這類(lèi)設(shè)備缺乏一種板上控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在，工程師們是通過(guò)外界電場(chǎng)或光線(xiàn)來(lái)控制它們。為了開(kāi)發(fā)出完全自動(dòng)化的生物混合機(jī)器人，我們還需要能與肌肉組織直接交互以及為生物混合機(jī)器人提供感應(yīng)器信號(hào)輸入的控制器。其中一種設(shè)想是利用神經(jīng)元或神經(jīng)簇來(lái)作組織控制器。

　　這也是我們對(duì)于能夠?qū)⒑Ｎ伵Ｓ糜谠囼?yàn)室研究感到興奮的另一項(xiàng)重要原因。這種海蝸牛被作為模型系統(tǒng)用于神經(jīng)生物研究已有數(shù)十年的歷史。人們已經(jīng)知道了很多關(guān)于它的神經(jīng)系統(tǒng)與肌肉之間的關(guān)系的知識(shí)，這就讓我們用它的神經(jīng)元來(lái)作為組織控制器成為了可能。

　　雖然這個(gè)領(lǐng)域的研究工作還處于非常早期的階段，但是研究員們已經(jīng)可以設(shè)想出生物混合機(jī)器人的許多應(yīng)用前景了。例如，我們利用蛞蝓組織研制的微型生物混合機(jī)器人可以被用來(lái)尋找有害物質(zhì)或檢查管道泄漏情況。從理論上來(lái)說(shuō)，由于這類(lèi)設(shè)備的生物兼容性，即便它們被野生動(dòng)物撕碎或者吃掉，也不會(huì)像傳統(tǒng)的機(jī)器人那樣造成環(huán)境破壞或環(huán)境污染。

　　有朝一日，這些機(jī)器人可能會(huì)用人體細(xì)胞制成并用于醫(yī)療領(lǐng)域。生物機(jī)器人可以用于定向給藥、清除栓塞或者作為可控支架來(lái)使用。這類(lèi)支架使用的是組織基板而非多分子材料，因此它們可以用來(lái)增強(qiáng)血管壁的強(qiáng)度，避免形成動(dòng)脈瘤；并且這些設(shè)備未來(lái)還有可能繼續(xù)改造和完善，并被整合到人體之中。

　　除了目前正在開(kāi)發(fā)的小型生物混合機(jī)器人之外，人類(lèi)對(duì)于組織工程技術(shù)的研究也會(huì)為研制出大型生物機(jī)器人創(chuàng)造機(jī)會(huì)。