从《弗兰根斯坦》中用铁钉铆起血肉的人造人， 到《攻壳机动队》中用义肢替换器官的生化警察 。 在很多科幻作品中， 都有各种钢铁与血肉混合的“生命体” 。
现实中， 机器人领域的研究者们也在尝试将生物与机器进行融合 。 他们既可以利用生物材料的某些特性， 或者依照仿生学的思路师法自然， 也可以直接改造、控制生命， 为人类服务 。
这类研究， 统称为“生物混合机器人”（Biohybrid Robot） 。
机器人领域的研究者们正尝试将生物与机器进行融合 | 《攻壳机动队》剧照
从传感器到茶包标签
【细菌做“眼睛”、蟑螂当“跑腿”……总有一些特立独行的机器人】——细胞们的角色扮演
“生物混合机器人”研究中最直接的形式， 就是把来自生命的材料直接装进机器 。
当然， 这种研究绝不是恐怖电影中常见的， 眼球放进钢铁头骨， 或者手臂大腿拼到机械躯干 。 现阶段， 研究者们主要是利用某些生命的一些特殊能力， 比如能够发光的细菌 。
作为单细胞生物， 发光细菌能将化学信号转化为光信号， 是生物实验室中常见的研究素材之一 。 它们在很多方面都有着应用潜力， 比如作为传感器来使机器在小尺寸下， 完成对特定化学物质的探测 。
卡内基梅隆大学的研究者通过人工合成的发光细菌捕捉化学信号， 再通过发光二极管激发这些细菌的荧光反应， 使细菌发光 。 化学物质的浓度会影响光信号的强弱 。 随后， 这些光信号被光电探测器转化为电信号， 传输至处理芯片 。
将这些发光细菌和配套装置整合到柔性机器手中， 就能极大扩展这些机器手的功能——如同为机器手安装上了感受化学信号的“眼睛” 。
发光细菌在机器手中起到了传感器的功能 | 参考文献[1]/汉化：莔莔
细胞不仅可以作为传感部件使用， 也可以作为驱动部件 。 日式料理中经常出现一种叫做纳豆的食物， 这是由黄豆通过纳豆菌发酵制成的豆制品 。 纳豆菌细胞对于湿度十分敏感， 遇湿膨胀， 干燥则收缩 。 正是这一种看似普通的特性， 如若经过巧妙设计， 就可以实现出神奇的功能 。
麻省理工学院的研究人员设计了一套微米级分辨率的生物打印系统， 可以将纳豆菌细胞打印成各种各样的形状 。 通过预先设计的巧妙结构， 能让这些纳豆菌细胞构成的物件， 成为对湿度变化进行反应的小小机器 。 比如， 打印出的茶包标签会在茶泡好时展开， 打印出的干花则可以将湿度变化以绽放的形态显示出来 。
纳豆菌细胞打印出的茶包标签与干花 | 参考文献[2]
如何飞得更好， 这还得听鸟的
除了对生物直接进行利用， “师法自然”也是机器人研究者们的必修课 。
1903年， 莱特兄弟向鸟学习了飞翔 。 自飞机问世以来， 人类已经设计出了各种各样的飞行器 。 但是， 无论是空中客车还是无人机， 它们在飞行过程中的能量利用率始终比鸟类逊色不少 。
鸟类能够保持高效率飞行的重要原因之一， 是它们的羽翼可以对自身形体进行灵活、动态的调节， 以适应瞬息万变的气流环境 。
通过对鸽子骨骼和羽翼的动力学研究， 斯坦福大学的学者发现了羽翼上不同羽毛之间的运动与协调规律 。 他们收集起40根真羽毛， 模仿骨骼设计了连杆结构， 通过4个微型电机对这些羽毛进行协调控制 。 这种“真羽毛+电机”的生物混合机翼， 可以在气流中迅速而稳定地变形， 从而实现高效飞行 。
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