这条机械鱼拥有黄金制作的骨架和活体细胞

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模仿自然界中最优雅的生物已经成为创造同样优雅机器人(不管你信不信反正很接近了)的流行方法,不过,在机器人身上使用同样源于自然的材料,怎么样?这正是哈佛大学威斯研究所(Wyss Institute)的研究人员所做的事情,他们利用黄金骨架创造了一条很小的光控魟鱼,并通过经基因改造的大鼠肌肉进行运动。哦,美丽的新世界!

这支研究团队由来自哈佛大学的 Sung-Jin Park 和 Kevin Kit Parker 领导,他们按照鳐科生物(包括鳐鱼和魟鱼)骨架十分之一的比例,复制了这种生物的简化版解剖结构。

研究人员先从骨架开始:黄金是柔软的,而且不易与其他物质发生化学反应,他们根据自然形状设计了脊柱和肋骨。然后,他们围绕肋骨培养出大鼠心肌,并通过基因改造使其 对光敏感 ,而不是通常那样对神经系统的生物电信号做出反应。最后,研究人员把整个东西包裹到一个形状类似小魟鱼的弹性保护套之内。

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左边是机器鱼,右边是真正的鳐鱼

这里有一张 更详细的示意图 ,展示了人造魟鱼的各个组成部分以及运动机制。

注意:在这里,“机器人”这种说法并不能充分反映这条人造魟鱼的本质。然而,尽管它包含了必须生长和喂养的活体细胞,这条人造魟鱼也不能算是动物。创造它的研究人员罗列了一大堆名字:“组织工程化的软体机器人魟鱼”、“生物混合系统”、“人造动物”以及“仿生游泳机器人”,但它们都不精当。“生物机器人”(Biobot)——或者是“成长机器人”(growbot),因为它们不是组装起来的,而是培养出来的——似乎更加琅琅上口。

真正的魟鱼动起来是非常简单和优雅的:它们的身体本质上就是一大片鱼鳍,通过受控的起伏波动,它们就能向前、向后或是转向。

stingray 就人造魟鱼来说,其肌肉只需要在受到光线刺激之后努力向下收缩;黄金肋骨在相反方向上的弯曲将提供反作用力,当肌肉放松下来时,那个部分的鳍片就会向上反弹回来。整个人造魟鱼被浸没在溶液里,它的细胞可以从中吸收营养物质。

要想让人造魟鱼转向,研究人员会加大对其身体一侧的刺激力度,肌肉的光敏特性会让它自然地转向光源。你可以在下面的视频中看到这个在水里游动的小动物:

单独地来看,这个小生物机器人的各个组成部分都很出众。不过,当把它们组合在一起时,协调效应让这条人造魟鱼令人惊艳。这条人造魟鱼的每一个组成部分不是机器人仿生,就是生物经过改造模仿机器人。研究人员控制每个流程的范围和精度是显而易见的,这个生物机器人堪称其所在领域的新标杆,而这个领域所取得的成就已经超出人们想象了。

这条人造魟鱼非常了不起,足以让这支研究团队 登上《自然》杂志的封面 ——而且,由于它太具有视觉冲击效果,以至于该杂志用一整篇文章介绍了他们是 如何给魟鱼拍照的。

stingray_cover 但是,不要得意忘形,不要觉得研究人员已经创造出了人造生命或者某种《莫洛博士岛》(The Island of Doctor Moreau)式的怪物——对后者来说,这条人造魟鱼显然太过可爱了,而前者则属于夸大其词。

尽管这项研究包含了各种专业知识和技术进步,但最终的产物基本上是纯机械的。人造魟鱼没有神经、消化、循环、知觉或生殖系统;实际上,它更多地要算是经过生物增强的机器,而不是经过机械增强的有机体。

不要搞错:虽然这条人造魟鱼具有相当的技术难度,也给人留下了深刻的印象,但在复制生命精密和强大的工具方面,它只代表着其中简单问题的解决方案集合。目前,哪怕是最简单的神经系统,我们人类也无力进行精确模拟,更不用说创造出来了。人脑的体积和复杂程度还要高出很多个量级,事实上,它几乎可以肯定是我们已知的最复杂系统。

话虽如此,人造魟鱼这种水平的生物与机械工程相互融合已经堪称一项了不起的成就。生物拟态处于机器人学和其他科学的最前沿,这是很有道理的:直到最近,我们才开始掌握关于最基本形式生命的专业知识,而大自然创造生命已经有数十亿年的历史。

图片来源:KARAGHEN HUDSON AND MICHAEL ROSNACH

翻译:王灿均(@何无鱼

This artificial stingray has a gold skeleton and light-activated rat muscles

 

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