一個(gè)國際研究小組研發(fā)出了一款及其仿真的機械黃貂魚(yú)，弱化了動(dòng)物和機器的界限。通過(guò)感光心臟細胞推動(dòng)，這款半機械魚(yú)可促進(jìn)未來(lái)醫療設備的發(fā)展，推動(dòng)研發(fā)更多和栩栩如生的合成動(dòng)物。
正如一只真實(shí)的黃貂魚(yú)，這個(gè)微型機器人有一個(gè)平滑的軀干和長(cháng)長(cháng)的翅膀狀魚(yú)鰭。而且正如實(shí)物一樣，它會(huì )上下擺動(dòng)魚(yú)鰭在水中游動(dòng)。黃金骨架包裹著(zhù)聚合物“皮膚”，約200,000只老鼠的心臟細胞給整個(gè)身體鑲邊。長(cháng)度僅為16毫米，重量?jì)H有10克，從現實(shí)意義來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)半機械體——一個(gè)生物學(xué)與合成零件的混合體。
半機械黃貂魚(yú)的研發(fā)是由哈佛大學(xué)生物工程學(xué)和應用物理學(xué)教授Kit Parker主導的。這個(gè)項目期間，他和他女兒Caroline參觀(guān)新英格蘭水族館，迎來(lái)了他的“尤里卡”時(shí)刻。
“她把手放進(jìn)水里想親撫一只黃貂魚(yú)，但這只黃貂魚(yú)很快以?xún)?yōu)雅的姿態(tài)從她手里游走了，” Parker告訴Gizmodo?！斑@讓我靈光乍現，我可以給肌肉加上這套系統，這樣它看起來(lái)就會(huì )很像心臟的肌肉層?！?/p>
Parker給他的團闡述了他的觀(guān)點(diǎn)，他們便著(zhù)手研發(fā)這款微型柔軟的機器人。電中性黃金骨架做好后，研究人員給它覆蓋了一層薄的柔性聚合物。一系列的感光(光伏)心肌細胞也沿著(zhù)邊緣做了部署。
當暴露在光亮下時(shí)，肌肉細胞會(huì )統一給魚(yú)鰭發(fā)出向下游動(dòng)的指令。為作出向上游的動(dòng)作，研究人員給黃金骨架設計了自動(dòng)儲存向下游動(dòng)的部分能量，當細胞放松時(shí)便會(huì )釋放出來(lái)。
為研發(fā)一套指導性的系統，Parker再一次找他女兒尋求靈感?！爱斔€是小女孩的時(shí)候，有一次我把激光筆的光打在地上，她就會(huì )試圖去踩，”他說(shuō)?！拔覀儠?huì )沿著(zhù)街道散步，我會(huì )用地上的光點(diǎn)引導她安全地走過(guò)人行道。我突然想到，我們可以利用光遺傳學(xué)對這個(gè)工程黃貂魚(yú)進(jìn)行模擬實(shí)驗?！?/p>
這便是他們所做的。利用感光細胞的力量，Parker團隊能夠通過(guò)使用光源的不對稱(chēng)脈沖控制黃貂魚(yú)的方向。當黃貂魚(yú)向前游動(dòng)時(shí)，脈沖可以引導它向左或向右游動(dòng)。不同的光源頻率可以控制它的速度。他們讓機械黃貂魚(yú)游過(guò)一個(gè)超越障礙訓練場(chǎng)，以此檢測光驅動(dòng)導航系統。
對這個(gè)項目來(lái)說(shuō)，不僅僅是研制一條仿生魚(yú)。Parker主要目的是了解心臟，了解它解剖學(xué)的各個(gè)部分對血液循環(huán)所起的作用?！俺讱ゎ?lèi)動(dòng)物外，幾乎所有的海洋生物都有方便液體流動(dòng)的肌肉組織，” Parker說(shuō)道?！盀榱送七M(jìn)我們關(guān)于心臟的研究，我們已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)眼于海洋生命形式及其所代表的肌肉泵心臟的研究?！?Parker希望通過(guò)對自然界其他肌肉泵形式的反向工程加深對人類(lèi)心臟以及心臟疾病的了解。
這項研究也可能引導甚至更好，更有用的，自動(dòng)化和半自動(dòng)化機器人。談到制造更好的機器人，生物有其優(yōu)勢。比如，這款特殊的機器人就比其他類(lèi)似設備速度更快；它細胞的機能既可做執行器和又可做傳感器?！磅r活的肌肉細胞比合成的執行器高效節能得多，而且它們還能通過(guò)編程做很多很酷的事情，” Parker說(shuō)道。
當然，生物學(xué)也不是完美的。把細胞作為制造材料的一大劣勢就是，他們都很脆弱，而且最終都會(huì )死掉。但組織工程和軟機器人技術(shù)的潛力是巨大的。這個(gè)微型半機械魚(yú)給更大更好的東西的問(wèn)世提供了一個(gè)明確信號。
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