由老鼠肌肉驱动的生物混合黄貂鱼机器人

受自然启发的机器人技术是当今的热门领域。我们报道过模仿蟑螂、蝾螈、猎豹、海蛇等生物的机器人。基本上，只要是活的，就会有人试图制造机器人版本。因此，受黄貂鱼启发的机器人听起来可能与此类似。但事实并非如此。

这款微型游泳机器人由哈佛大学生物工程与应用科学系的研究人员发明，由大鼠肌肉细胞提供动力，使其成为一种生物混合机器——一部分是机器人，一部分是生物组织。之前的“生物机器人”项目使用生物致动器来产生运动。但由国际跨学科科学家团队开发的仿生机器人黄貂鱼通过由光触发的复杂推进机制推动了该领域的发展，这使得生物机器人能够绕过障碍物。而这只是这款机器黄貂鱼的独特之处的开始。

哈佛大学教授基特·帕克告诉《大众科学》： “我们实际上在利用机器人工具来了解心脏。”帕克是一名心脏生理学家，也是他构想了这个雄心勃勃的项目。从长远来看，他的目标是利用机器人黄貂鱼背后的技术为患有心脏病的儿童构建一颗完整的人类心脏。

帕克的灵感来自新英格兰水族馆，当时他的女儿伸手去抚摸一条鳐鱼，鳐鱼却游走了。他直接找到了疾病生物物理小组的博士后研究员朴成​​镇，告诉他自己的计划。“我说：我们要造一条鳐鱼，用老鼠做成，让它用光引导，”帕克说。“他脸上的表情既恐惧又悲伤；恐惧是因为我认为这会成功，悲伤是因为他把他的整个职业生涯都押在我这个导师身上。”

他花了一年时间，但最终说服了帕克。“他是我的梦想创造者，”帕克说。

黄貂鱼的游泳技巧深受科学家和工程师的赞赏。几年前，我们曾写过一篇文章，介绍如何分析黄貂鱼的运动，以设计出更好的潜水器。黄貂鱼游泳技巧的秘诀在于它们扁平圆润的体形、胸鳍的起伏运动，以及它们产生的一种称为“前缘涡流”的力量，这种力量也是鸟类产生推力的原因。

为了模拟这种复杂的动作，帕克的跨学科团队必须整合多种技术和材料。或者用帕克的话来说，“它由一撮老鼠、一撮乳房植入物和一撮黄金制成。”

他并不是在开玩笑。

他们首先在机器鳐的身体上铺一层透明弹性聚合物——也就是前面提到的“乳房植入物”。然后，他们通过基因编码，让老鼠心脏细胞对蓝光闪烁作出反应，并让细胞沿着鳐鱼的“鳍”以蛇形图案排列。这些肌肉可以让鳍向下弯曲，但为了确保它们能回到起始位置，该团队对黄貂鱼的生理结构进行了逆向工程，打造出了一个由黄金制成的骨架。因为，帕克说，“细胞喜欢黄金，就像人类一样。”最后再铺一层聚合物，生物混合黄貂鱼就完成了。这个微型机器人只有 16 毫米长，只有 10 克重，看起来有点像一枚带尾巴的透明硬币。

他们将微型生物机器人放入装满糖的盐溶液中，以喂养老鼠细胞，并用蓝光脉冲照射它。老鼠肌肉沿着蛇形图案依次收缩，产生模仿活黄貂鱼游泳动作的涟漪效果。最重要的是，它推动机器人向前移动。通过用不对称脉冲照射它，研究人员能够操纵它绕过障碍物。

帕克感谢朴成镇为这个项目付出了巨大努力，并接受了他疯狂的想法。“我说‘我早就跟你说过’，这给了我很多好处。”

在帕克看来，最大的进步是机器人射线中的细胞既充当致动器，又充当传感器，这是他朝着打造完整心脏的目标迈出的一大步。但他说，参与该项目的其他人可能有不同的看法，而这正是这种跨学科科学的美妙之处。

“如果有四个人看一件艺术品，他们每个人都会对它做出不同的解读。科学也是如此，”他说。“心脏生物学家看到了心脏构造的含义；海洋生物学家看到了黄貂鱼运动方式的含义；机器人工程师看到了使用细胞作为建筑材料的方式。”

而我们其他人可能只是看到了一种令人难以置信甚至美丽的自然模仿。一只小老鼠、一点隆胸、一滴金子——不知何故，这一切都构成了生物机器人的魔力。