若何應(yīng)對硬體機(jī)械人的平安風(fēng)險？
全球的工程師們，愈來愈偏向于讓機(jī)械人更柔嫩、服從的設(shè)計(jì)計(jì)劃——表面不再是堅(jiān)固的機(jī)械，而更接近于“身輕體柔易推倒”的小植物。關(guān)于馬達(dá)如許的傳統(tǒng)驅(qū)動器，這意味著應(yīng)用天然“空氣肌肉”或是在傳動體系參加彈簧構(gòu)造。
德國 Festo ：空氣肌肉機(jī)械人概念圖
又好比凱斯西儲年夜學(xué)的 Whegs 機(jī)械人，它馬達(dá)和足輪之間有一個彈簧裝配。撞到人時，彈簧能接收一部門能量，下降人身損害。見下圖：
Roomba 掃地機(jī)械人是另外一個例子，它的保險杠由彈簧承載，不會損壞撞到的器械（相似汽車的翼子板）。
Roomba 保險杠的彈簧承載裝配
然則一個成長中的研討范疇決議另辟門路，研討人員們經(jīng)由過程把機(jī)械人技巧和生物組織工程聯(lián)合，開端用活的肌肉組織、細(xì)胞制作機(jī)械人。經(jīng)由過程光、電安慰讓細(xì)胞壓縮，研討人員能掌握機(jī)械人肢體的曲折，使它們作出劃水、匍匐等舉措。如許制作出來的生物機(jī)械人身形柔嫩，跟植物很相似。關(guān)于在人的身旁任務(wù)，這類機(jī)械人明顯更平安。并且，比擬傳統(tǒng)機(jī)械人，它們對情況的損壞更小。別的，生物機(jī)械人重要應(yīng)用養(yǎng)分來彌補(bǔ)能量，不須要年夜型電池組。這使它們比硬體機(jī)械人更輕。
鈦板上的生物機(jī)械人
若何開辟生物機(jī)械人？
研討人員經(jīng)由過程滋生細(xì)胞來制作生物機(jī)械人。普通他們會選用雞、老鼠的心肌或許骨骼肌，在對活細(xì)胞無毒反作用的支架長進(jìn)行增殖。假如基板材質(zhì)是高份子聚合物（polymer），制作出來的就是生物分解機(jī)械人——自然資料和天然資料的混雜體。
然則，假如把細(xì)胞組織直接放置到模制骨架上，會形成前者在各個偏向的“蠻橫發(fā)展”。這意味著，用電安慰讓它們舉措時，細(xì)胞組織的壓縮力氣會平均運(yùn)用于各個偏向——基本沒法準(zhǔn)確掌握，并且效力低下。
為了更好掌握細(xì)胞的力氣，研討人員乞助于細(xì)胞圖案化技巧（micropatterning）。他們用細(xì)胞愛好攀援其上的材質(zhì)，把微標(biāo)準(zhǔn)線條印在骨架上。這些線條起到領(lǐng)導(dǎo)感化——細(xì)胞組織偏向于沿著它發(fā)展。因而，研討人員取得了相符設(shè)計(jì)圖案的細(xì)胞分列，若何把肌肉壓縮力氣施加于基板變得可控。是以，一切細(xì)胞可以或許協(xié)作起來，使生物機(jī)械人的腿或許鰭可以或許像植物那樣舉措，而不是一塊遭到安慰就胡亂壓縮的肉團(tuán)。
仿生分解生物機(jī)械人
除各類生物分解機(jī)械人，研討人員們還經(jīng)由過程只應(yīng)用自然資料，發(fā)明出了一些“純”生物機(jī)械人——基板的高份子聚合物被皮膚膠原代替，成為機(jī)械人的軀體。當(dāng)它們遭到電安慰，可以匍匐或泅水。有研討人員遭到醫(yī)學(xué)組織工程技巧的啟示，開辟出能應(yīng)用直角手臂（懸臂）向前挪動的機(jī)械人。
還有學(xué)者從天然界取得靈感，發(fā)明出仿生生物分解機(jī)械人。好比，一支加州理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)開辟出仿生水母機(jī)械人“ medusoid”，它有環(huán)形分列的觸手。借助細(xì)胞圖案化技巧，每只觸手都有打印的卵白質(zhì)線條，使細(xì)胞依照相似于真實(shí)水母肌肉組織的方法分列。細(xì)胞壓縮時，觸手向內(nèi)曲折，推進(jìn)水母機(jī)械人向前游動。
仿生水母機(jī)械人“ medusoid”
比來，哈佛年夜學(xué)的研討人員們展現(xiàn)了若何“駕御”生物分解機(jī)械人。他們應(yīng)用轉(zhuǎn)基因心臟細(xì)胞，制造出一個仿生魔鬼魚（蝠鲼）機(jī)械人，并能讓它游動。這些經(jīng)由基因編纂的心肌細(xì)胞，能對特定頻率的光線做出反響——機(jī)械人一側(cè)的細(xì)胞依照一個頻率，別的一側(cè)是另外一個頻率，如許就可以經(jīng)由過程光線變更掌握游動的閣下偏向。
至于向前游動，當(dāng)研討人員把光線投射到機(jī)械人前部，那邊的細(xì)胞會壓縮，并把電旌旗燈號沿魚體傳遞下去。魚體由首至尾的瓜代壓縮活動，推進(jìn)機(jī)械人進(jìn)步。
仿生魔鬼魚機(jī)械人，金色部門是骨架（另見本文首圖）
更強(qiáng)健的生物機(jī)械人
固然生物分解機(jī)械人范疇曾經(jīng)有了很多沖破性停頓，但把這些機(jī)械人貿(mào)易化并投入應(yīng)用的機(jī)會遠(yuǎn)未成熟。今朝，這些機(jī)械人產(chǎn)物壽命短、力氣輸入小，極年夜限制了處置各項(xiàng)義務(wù)的速度和才能。別的，應(yīng)用鳥類和哺乳植物細(xì)胞開辟的機(jī)械人對情況非常敏感。舉例來講，情況溫度必需堅(jiān)持與生物體溫接近。還有，和植物一樣，細(xì)胞須要按期彌補(bǔ)養(yǎng)分——喂養(yǎng)分液。一個潛伏的處理計(jì)劃是：把生物機(jī)械人包裝起來（相似皮膚對人的掩護(hù)），所之外部情況的影響不再那末致命，養(yǎng)分液的彌補(bǔ)也能夠樹立起一個外部體系（就像為人體細(xì)胞供給養(yǎng)分的血液輪回體系）。
別的一個計(jì)劃是：應(yīng)用更皮實(shí)的細(xì)胞作為驅(qū)動器。比來在凱斯西儲年夜學(xué)，學(xué)者們經(jīng)由過程研討性命力倔強(qiáng)的海蝸牛（ Aplysia californica），摸索它的可行性。海蝸牛棲息于潮間帶，天天都邑閱歷巨幅溫差和鹽度差。退潮時，有的海蝸牛會困在淺灘，水份會隨光照蒸發(fā)。下雨時，四周情況的鹽濃度又會巨幅降低。為順應(yīng)龐雜多變的棲息地狀態(tài)，海蝸牛退化出堅(jiān)固的殼來掩護(hù)本身。
研討人員完成了把海蝸牛肌肉組織作為驅(qū)動器，來驅(qū)動生物分解機(jī)械人。這意味著，我們能用這些更強(qiáng)健的細(xì)胞組織來制作生物機(jī)械人。雷鋒網(wǎng)得悉，今朝該機(jī)械人已能搬運(yùn)不年夜的物體——1.6 英寸長 1 英寸寬。
部門采取海蝸牛組織的生物機(jī)械人
挑釁與瞻望
生物機(jī)械人的另外一年夜挑釁是，今朝還沒有研收回任何一種機(jī)載掌握體系（裝在機(jī)械人上）。工程師們只能經(jīng)由過程內(nèi)部電場或許光線掌握它們。為了開辟出完整自立的生物分解機(jī)械人，我們須要能直接與機(jī)械人肌肉組織交換、并供給傳感器輸出的的掌握器?？此谱钪苯拥挠?jì)劃（難度能夠也最年夜）是：應(yīng)用神經(jīng)元或神經(jīng)元集群構(gòu)成的神經(jīng)中樞，來作為生物掌握器。
這是研討人員為何對海蝸牛那末在乎的另外一個緣由：它被被神經(jīng)生物學(xué)研討看成模子體系，已有許多年。它的神經(jīng)體系與肌肉之間的關(guān)系曾經(jīng)研討得比擬透辟。這為把它的神經(jīng)元作為生物掌握器，翻開了年夜門。未來，研討人員愿望能借助生物掌握器，告知機(jī)械人怎樣挪動，并贊助它處置各類義務(wù)，好比說尋覓有毒物資和追隨燈光。
分解生物范疇正處在嬰兒期，但研討人員們已為它假想了很多運(yùn)用場景。好比說，可以造出一批應(yīng)用海蝸牛組織的迷你機(jī)械人，然后把一年夜群釋放到水庫或許海水里，搜索水管泄漏或許有毒物資。因?yàn)檫@些機(jī)械人由生物組織制成，假如它們壞失落、或許被海魚吃失落，其實(shí)不會對情況形成很年夜影響。
未來，應(yīng)用人類細(xì)胞制作的生物機(jī)械人可被運(yùn)用于醫(yī)療范疇。就雷鋒網(wǎng)所知，它們可以停止靶向藥物保送、處置血栓，或成為可掌握、可調(diào)理的血管支架。這些迷你機(jī)械人裝配能強(qiáng)化虛弱的血管，來預(yù)防動脈瘤。因?yàn)閼?yīng)用生物介質(zhì)，而不是高份子聚合物，它們能被從新調(diào)劑，并隨時光成為患者身材的一部門。別的，生物組織工程學(xué)的停頓（好比開辟天然血液輪回體系）極可能翻開一扇新的年夜門：靠肌肉行為的年夜型生物機(jī)械人。
抱著弗蘭肯斯坦的維克多
到了那時，在表面大將很難分辯出植物和生物機(jī)械人的差別。更耐人沉思的是，到了那一步，造出具有人類生物學(xué)特點(diǎn)的“類人”機(jī)械人將在技巧上成為能夠——至于實(shí)際中會不會有人這么做，將取決于倫理的提高和立法。但小編撫心自問：男同志里有幾個能順從“女仆”的引誘呢？（喂，老王機(jī)械人公司嗎，我想訂一個春日野穹）技巧的成長是弗成逆的，潘多拉魔盒一旦翻開，就沒有前往。這里用潘多拉作比喻也許很不適當(dāng)——由于這項(xiàng)技巧提高的成果其實(shí)不是好、壞所能描述，而是對倫理、品德、性命、人的從新界說，帶來社會各個方面的完全變更。
