赛博朋克中半生物机器人真的存在吗？

新一代生物机器人更多样，也更健壮，这都得归功于组织工程学的飞速进步。

这一学科自2000年代中期兴起，目标是将生物细胞分离出来，在实验室里培养、修改后另做他用。最常见的生物机器人制造技术是直接将细胞放置在一个合成骨架上，诱导它们按照我们的意愿生长——比如在适当位置安放某种吸引它们的物质。

第一个成功的例子是2012年合成的小水母，它有一个硅骨架和来自老鼠心脏的细胞。随后在实验室诞生的一系列奇禽异兽让人大开眼界：鳐鱼、精子、海龟和毛毛虫，它们中的每一个都比任何传统机器人更善于模仿活物。

“这是一次彻底的革命，”美国伊利诺伊大学应用机械专家塔希尔·赛义夫（Taher Saif）大胆断言，“如果该学科继续发展——对此我十分乐观，那么不出几十年，生物机器人就将进入我们的日常生活。”因为这些生物机器人可不是实验室自娱自乐的产物，研究者早已为它们设定了各项任务：清除环境污染，探测空气或水中的危险成分，定向给药测试……

说起来，医药领域为它们提供了大展拳脚的广阔天地。“可以派遣生物机器人进入人体内部，到达某一特定器官后再释放药物，甚至攻击肿瘤，这会很安全。”相较传统科技，生物机器人的优势很明显：它们更容易适应各种环境和用途。也有专家设想用该技术来制造人工器官，从心脏开始。

还有一个问题尚待解决：我们该怎么看待这些新的造物？它们是否有生命？究竟算生物还是死物？

“也许我们应该重新审视这一古老的二元对立，”比利时科学研究基金会学者、列日大学政治与道德哲学专家弗洛朗丝·凯麦克斯（Florence Caeymaex）坦言，“我们到底该不该把部分含有生物组件的存在当做简单的工具？”要知道，有些研究者已经打算把神经元嫁接到生物机器人身上了！

生物机器人的潜力不可估量，应用范围也相当广泛，很可能在我们为以上问题找到答案之前，它们就已经进入了我们的生活日常。眼下，它们的先头部队已经就位。就让这些以老鼠心肌细胞、海蛞蝓肌肉或老鼠骨骼肌细胞为零件的混合体来和诸位见见面吧。

这个透明的生物机器人是以鳐鱼为模板，按1:10的比例尺复制的，说它是科技瑰宝也不为过。它在水里的行进速度可以达到9米/时，还能摆动鱼鳍来改变方向。更令人叹服的是它可以遥控：“迷你鳐鱼”对蓝光很敏感，能够追随光束的轨迹，哪怕面前有一堆障碍物也不能阻挡它。

为制造这条“鳐鱼”，研究者先搭起一具硬骨架，其中包含一个由黄金制成、充当电池的结构。随后组装的是带有弹性的硅胶身体，形似鳐鱼。“接着要在这一弹性结构周围构造出鳐鱼的肌肉组织。

为此，我们依照具体的图样放置了薄薄的一层纤连蛋白来吸引细胞。”美国哈佛大学的基特·帕克介绍道。随后，科学家在基质上添加了大约20万个老鼠心肌细胞，让它们按照预先设计好的鳐鱼鱼鳍形状生长；最后故意让细胞感染一种病毒，使其对蓝光敏感。借助这种技术，每组细胞在接收到蓝光后都能独立收缩，从而使“鳐鱼”能够循着光线游动。

若论身强体健，这个小小的生物机器人在这群奇禽异兽里当仁不让拔得头筹。说它皮实也不为过。瞧瞧它的同类，一个个对所处的环境都很挑剔，必须维持特定温度才能保证它们娇弱的细胞活力依旧。

而这个“海龟”无论在16℃还是25℃的水里都游走自如。它的创造者还表示，它凭借这一强健的体魄能适应其他更多元的环境，他们正对此进行评估。强壮的秘诀在于充当结构基底的生物材料——来自一种海蛞蝓的整块肌肉。

一只加利福尼亚海蛞蝓在释放墨水

“该海洋软体动物以壮实闻名，这都拜它们生活的环境所赐：在一天之内它们就可能经历相当大的温度和海水盐度变化。”美国凯斯西储大学的维多利亚·韦博斯特介绍道，“所以我们选了它口腔里的一块特定肌肉，以此为基础打造生物机器人。”

这块肌肉的形状与海龟很像，于是研究者顺势而为，顺应肌肉的形态，用3D打印机定做了一个柔软的聚合物身体。由此诞生的生物机器人长3厘米，在电流刺激下，它会像沙滩上的小海龟一样爬行。

研究者相信，坚韧强壮是生物机器人领域的攻关重点，因为只有这样的机器人才能适应多元的用途。“终有一天，生物机器人会披上生物或人工皮肤，在任何环境里都游刃有余，并能保护自身安全。”维多利亚·韦博斯特补充道，“这样我们就可设计大批能在极端恶劣条件下工作的生物机器人，如用于治理污染。”

硕大的头部，细长的鞭毛：没错，这个生物机器人模仿的就是精子。别看它仅厚7微米（即人发直径的十分之一），到了黏稠的液体里它可是出类拔萃的游泳高手。在它头部和鞭毛的连接处井然有序地排列着不到5个老鼠心肌细胞，驱使鞭毛摆动。

而真正了不起的是它能自主行动，无需电源，也不用光线指引；只要进入一个富含糖分的环境，它就能自然而然地吸收周围的葡萄糖，自主地收缩细胞，从而推动自身以接近10微米/秒的速度前进。“它依靠的是化学刺激：心肌细胞一遇到葡萄糖就会同步跳动，保证我们的机器人可自由活动达数日之久。”塔希尔·赛义夫介绍道。

目前，机器人只会沿直线前进，尚无法操控其路线。但研究者打算在不久的将来为它添加革命性的组件，让它能更加自主：“既然用到了生物元件，不如干脆利用神经元，让生物机器人更聪明。这将是我们下一阶段的研究内容。”长此以往，我们可以相信，有朝一日，定可看到成群结队的微型智能生物机器人潜入人体追击肿瘤或定向给药。

这个小小的双足兽是第一个能在陆地上移动的生物机器人。它由两部分组成：长1厘米的双足骨架，由3D打印的水凝胶制造；以及紧紧包裹住支架的小环，由老鼠骨骼肌细胞构成。当细胞在电流刺激下收缩时，这个柔软结构的形态会突然改变，促使它前进。

“我们的灵感来自关节的结构：生物机器人肌肉附着双足的方式仿照了人体肌肉通过肌腱附着在骨头上的构造。”参与该研究的塔希尔·赛义夫详述道，“选择骨骼肌细胞也是经过深思熟虑的：一方面我们能更好地控制其收缩，另一方面是看中它的前景远大。”

骨骼肌细胞的用途比心肌细胞更多，而且教会它们对某些信号做出反应很容易。比如最近，研究者就稍微修改了一下该生物机器人的设计，让它在探测到光信号时才收缩。将来，这类生物机器人可以被用作自主环境传感器，它们不仅行动自如，而且比电子传感器更精确：“可以委派行走自如的生物机器人去探测某种特定毒素，随后靠近并铲除毒素……”

它诞生于2012年，直径为数毫米，是生物机器人中的先驱。它由柔软的硅质身体和来自10万个老鼠心肌细胞的肌肉组织构成。这一结构使它能惟妙惟肖地模仿水母的动作。把它放在插入导电液体的两个电极之间，它受到刺激就会同时收缩所有的肌肉细胞，使得八条手臂突然变形，推动身体前进。

怎么想到造这么个机器人？

这还要从2007年说起。某一天，基特·帕克在参观一家水族馆时灵光乍现：“水母动起来的样子与一颗跳动的心脏简直分毫不差，这让我大为惊叹。”于是，这位心脏生物动力学专家带领他的团队利用硅胶，仿照水母主要运动肌的形态制出了一个有八条等长手臂的圆盘。然后在这个基底上培养老鼠心肌细胞。

“我们的目标其实并非制造机器人，而是研究心脏的运作原理和生物动力学。”基特·帕克强调。这位科学家的梦想是制造出由活体细胞和合成材料组成的人工心脏。

撰文 Simon Devos

编译 缪伶超