仿生学机器人学是当今热门领域。我们曾报道过模仿蟑螂、蝾螈、猎豹、海蛇等动物的机器人。基本上，只要是活物，就有人在尝试制造其机器人版本。因此，一个受鳐鱼启发的机器人听起来可能没什么新意。但事实并非如此。
这款由哈佛大学工程与应用科学系研究人员创造的微型游泳机器人，由大鼠肌肉细胞提供动力，使其成为一种生物混合机器——部分是机器人，部分是生物组织。以前的“生物机器人”项目曾使用生物致动器产生运动。但由国际跨学科科学家团队开发的生物机器人鳐鱼，通过一种由光触发的复杂推进机制将该领域向前推进了一步，该机制允许生物机器人绕过障碍物进行转向。而这仅仅是这款机器人鳐鱼特别之处的开始。
“实际上，我们正在利用机器人学的工具来了解心脏，”哈佛大学教授 Kit Parker 告诉《大众科学》杂志。Parker 是一名心脏生理学家，也是他构思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鳐鱼背后的技术，为患有心脏病的儿童建造一个完整的人类心脏。
Parker 的灵感时刻发生在纽英格兰水族馆，当时他的女儿伸手去抚摸一条鳐鱼，鳐鱼游开了。他直接去找了他疾病生物物理学研究小组的一名博士后研究员，名叫 Sung-Jin Park，并告诉了他他的计划。“我说：我们要建造一条鳐鱼，我们要用大鼠来建造它，我们要让它由光引导，” Parker 说。“他脸上的表情既震惊又悲伤；震惊于我竟然认为这可行，又悲伤于他把我作为导师押上了自己整个职业生涯。”
他花了一年时间，但最终说服 Park 去做了。“他是我的造梦者，” Parker 说。
鳐鱼的游泳技巧深受科学家和工程师的钦佩。几年前，我们曾报道过鳐鱼的运动是如何被分析用于设计更好的潜水器的。它们游泳天赋的秘密在于它们扁平、圆形的身体，胸鳍的起伏运动，以及它们产生的一种叫做“前缘涡”的力，这与赋予鸟类推力的力是相同的。
为了模仿这种复杂的运动，Parker 的跨学科团队不得不汇集一系列技术和材料。或者用 Parker 的话说，“它是由一点点大鼠，一点点隆胸假体，一点点黄金制成的。”
他说的不是玩笑。
他们用一层透明的弹性聚合物——也就是前面提到的“隆胸假体”——开始建造机器人鳐鱼的身体。然后，他们对大鼠心脏细胞进行了基因编码，使其能够响应蓝色光的闪烁，并将细胞沿鳐鱼的“鳍”呈蛇形排列。这些肌肉将使鳍向下弯曲，但为了确保它们能回到起始位置，团队逆向设计了鳐鱼的生理结构，用黄金制造了一个骨架。因为，Parker 说，“细胞喜欢黄金，就像人一样。”最后覆盖一层聚合物，生物混合鳐鱼就完成了。它只有 16 毫米长，重仅 10 克，这只微型机器人看起来有点像一个带尾巴的透明硬币。
他们将这个微型生物机器人放入装有糖的生理盐水溶液中，以喂养大鼠细胞，然后用蓝色光脉冲对其进行刺激。大鼠肌肉沿着蛇形模式顺序收缩，产生一种模仿活鳐鱼游泳运动的涟漪效应。最重要的是，它将机器人向前推进。通过对其进行不对称脉冲照射，研究人员能够引导它绕过障碍物。
Parker 将该项目的大部分工作归功于 Sung-Jin Park，以及他跟随他疯狂的想法。“我得到了很多‘我早就说过’的机会。”
Parker 认为最大的进步是，机器人鳐鱼中的细胞既充当致动器又充当传感器，这是他建造整个心脏目标的一大步。但他表示，参与该项目的其他人可能对此有不同的看法，而这正是这种跨学科科学的美妙之处。
“如果你有四个人在看一件艺术品，他们每个人都会得出不同的解释。这项科学也是如此，”他说。“心脏生物学家看到了心脏如何构建的意义；海洋生物学家看到了鳐鱼如何运动的意义；而机器人工程师则看到了如何利用细胞作为建筑材料。”
而我们其余人可能只看到了自然令人难以置信的，甚至优美的模仿。一点点大鼠，一点点隆胸假体，一撮黄金——不知何故，这一切都加起来就是生物机器人学的魔力。
