也许未来的某一天, 我们就会搭乘上煽动翅膀的机器大鸟, 在空中翱翔 。
“真羽毛+电机”的生物混合机翼 | 参考文献[3]
不仅仅是飞行, 机器人的协调运动一直都是研究难点 。 比如, 怎样让机器如同人类手指一样灵活, 就是个巨大的挑战 。
东京大学的研究人员参考了骨骼肌, 通过在机器人中加入肌肉组织, 让机器在微小尺寸下更加精确、稳定地运动 。 他们设计了一个带有关节的机械手, 利用对称的骨骼肌进行驱动, 使关节能够进行大角度的旋转 。 很多动物都能做出这种对抗性放松-收缩的肌肉动作——你在拾取或放下东西时, 手指上发生的就是这类动作 。 通过这种设计, 就能做出一个灵活的机器手指了 。
利用骨骼肌完成机器的大角度动作 | 参考文献[4]
朋友, 你想驾驭蟑螂吗?
使用细胞或者肌肉作为一部分零件, 亦或是从生物的进化中汲取灵感, 这些技术思路固然巧妙, 但能否更直接些, 让我们来操控一个生物!
北卡罗莱纳州立大学的研究者将目光投向了一种和蔼可亲的小动物——蟑螂 。
蟑螂能够利用触角感受前方的障碍物, 利用腹部上的尾须感受后方天敌的运动, 借此改变自己的行动路线——可以说, 触角和尾须, 就是它们的天线和后视镜 。
背着控制装置的蟑螂 | 参考文献[5]
研究人员将控制芯片、WiFi芯片等集成到了一个轻巧的电路板上, 并把这块集成小装置固定在蟑螂背部 。 通过电极刺激蟑螂的触角和尾须, 就能欺骗它们的方向调控 。
于是, 这样一只背着“小背包”的蟑螂, 就能按照指令前进了 。
如果实验中使用了广东的蟑螂, 说不定能造出一个飞行机器人 。
不过, 简单的控制已经无法满足科研人员的野心, 他们有些大胆的想法——从零开始创造“活”的机器人 。
就在今年, 美国国家科学院院刊报道了来自美国塔夫茨大学的研究成果:科学家们创造了一款活体机器人, 名为“Xenobots” 。
这款活体机器人完全由蟾蜍的细胞组成 。 准确来说, 是两种蟾蜍细胞:一种是表皮细胞, 弹性较弱, 作用类似于机器人中的骨架;另一种是心肌细胞, 能够进行伸缩, 可以充当驱动部件 。
(左)绿色方块代表蟾蜍的表皮细胞, 红色方块代表蟾蜍的心肌细胞 。 (右)两种细胞组成计算机设计的构型以实现指定的功能 | Sam Kriegman
为了让活体机器人可以按照人们指定的方式移动, 研究团队应用了遗传算法 。 当想让机器人完成某种动作(比如:沿直线移动)时, 遗传算法可以给出一套最优化的模型 。 按照这一优化模型, 研究者使用显微工具对蟾蜍细胞团进行加工, 就得到可以做出“指定动作”的活体机器人 。 这些基于不同模型的细胞团尺寸在1毫米左右, 可以完成移动、推动物体、自动愈合等功能 。
Xenobots的一个模型(左)及其实物(右) | www.uvm.edu
这些看似平平无奇的细胞团, 就是人类有史以来第一次“完全从头开始设计的生物机器” 。
生命与机器的界线
技术飞速进步, 生物与机器相互交融, 科幻电影中的场景似乎离我们也没那么遥远 。
无论是借由生物改进机器性能, 还是让机器向生物学习运动方式, 生物混合机器人的研究一直在暗示着这样的道理:只有愈发理解生命, 才能更好地创造机器 。
然而, 技术之外, 更多问题浮出水面 。
生物与机器间的界线逐渐模糊:Xenobots由100%的细胞构成, 那么, 该称其为“生物”还是“机器”?
或者, 我们又该如何定义“生命”?
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