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机器人的新进化
李木子 文
在大多人的印象中, 机器人是笨拙而机械化的, 它们由金属材料构成, 靠机械能产生动力, 似乎跟生命扯不上什么关系. 不过, 随着3D打印技术和组织工程学的发展, 生命与机械的界限已经被打破, 动物的细胞、 肌肉乃至心脏, 现在都可以跟冷冰冰的机械相结合, 创造出更灵活更有生命力的新一代机器人.
依靠心脏细胞的机器鳐鱼
2016年7月, 美国哈佛大学的科学家们推出了全球首个生物合成机器人——机器鳐鱼. 这个机器人模仿自然界中的鳐鱼制造而成, 长只有1.5厘米, 重只有10克, 其骨干由黄金制作而成, 皮层由硅树脂制成, 能以每秒3毫米的速度缓慢前进.神奇的是, 其动力来源竟然是老鼠心脏细胞.
机器鳐鱼的制动体由老鼠心脏细胞构成.这些细胞位于植入了特殊蛋白的有机矽制作的模板上, 沿着模板的蛇形图案整齐排列生长,一周内的数量能繁殖到20万个, 形成类似鳐鱼的肌肉纤维结构, 靠收缩产生前进动力.
那么,这些心脏细胞怎么知道什么时候收缩呢？
事先, 研究者们会往这些活体细胞的基因里增添对特定光谱敏感的基因, 当特定光脉冲对其电击时, 老鼠心脏细胞会沿着模板上的图案按序收缩, 带动整个躯体前进. 而且, 机器鳐鱼两侧会对不同的光波敏感,如果只用一种光波刺激, 将只能让鳐鱼的一侧收缩, 这样鳐鱼就能完成转向动作,避开障碍物.
由于鳐鱼游动时改变方向的方式与心脏跳动有相似之处, 能有效防止倾斜或翻转, 所以这项技术在未来会被用来制造人工心脏.
给机器加点肌肉
当我们看到现在的机器人时, 往往会觉得它们的动作很笨拙,这是因为它们的控制系统仍然使用常规的电机驱动, 由刚性材料来连接, 如果机器人也有像人一样的身体组织, 动作会不会更协调呢？
美国伊利诺大学仿照了人体的肌肉骨骼模型, 发明了一个只有两条腿的机器.这个机器的腿、 “腰部”都是由3D打印的水凝胶充当, 非常坚固, 同时柔韧性也非常好, 而一个环形肌肉会环绕骨骼提供动力来源. 跟机器鳐鱼一样, 它的环形肌肉也是由实验室培育的细胞生长而成, 能由电脉冲控制收缩产生动力.
未来这项技术, 最终可能发展成一代生物机器人, 用于药物递送、 “智能” 移植、 制作手术机器人等.不过, 也有可能这项技术会带来更糟糕的后果, 比如像科幻小说中那样, 出现肌肉、 肌腱和皮肤跟人类一模一样, 但骨骼、 心脏等器官却是金属制造的冷血杀手——终结者 （人型机械人） .
柔软的 “八爪怪”
在大海中, 章鱼是一个非常奇特的生物, 它们有三个心脏, 口部像鹦鹉喙一样, 感知世界的触角不是只有一条, 而是有八条, 它们没有内骨骼, 却有惊人的力量.
哈佛大学的科学家们受到章鱼启发, 也发明了一种神奇的章鱼机器人——八爪怪. 这次科学家们没用活体细胞, 然而八爪怪身体柔韧性依然非常好, 能钻进细缝中, 能根据周围环境改变形状, 能用触角安全操作水下易碎物体, 是第一个能像无脊椎动物那样灵活的软体机器人.
之所以这么柔软, 是因为这个机器人体内没有任何的电池或者电线, 完全采用化学反应驱动. 其身体内有一套微小的化学反应控制部件, 能利用过氧化氢与铂反应, 生成氧气和水蒸气. 这些气体经排放孔进入八爪怪的腕足后, 会驱动章鱼的腕足变形运动.
为了更灵活运动, 八爪怪的八条腕足是由两个化学反应通路控制, 通过微阀门控制, 既能让八爪怪的两边腕足同时运动, 也能让二者先后交替运动. 下一步,研究者将会为它们安上开关、 复杂的控制器和传感器,让它们更能适应环境, 既能在水中游泳, 也能在陆地爬行. 可以肯定地是, 由于软体机器人能承受挤压, 未来在医学、 航空、 探测领域都会大展身手.
机器人论文范文结:
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