文 | 機(jī)器最前線

在電影《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》里，醫(yī)生用一束能量喚醒了只剩一顆大腦的少女，將她置于一個(gè)全機(jī)械的軀體中。這個(gè)科幻的"喚醒"場(chǎng)景，如今正在全球頂尖的實(shí)驗(yàn)室里，以另一種形式上演。

圖源《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》電影

電影情節(jié)是完整的大腦與機(jī)械軀體的融合，而在實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們操作的則是機(jī)器人更微縮、更基礎(chǔ)的生命單元。

然而，兩者背后的核心邏輯是相通的：能否用活的生物組織，作為驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的"靈魂"？

近日，發(fā)表于《科學(xué)·機(jī)器人》的一項(xiàng)突破性研究，對(duì)這一問題給出了初步答案。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校、西北大學(xué)等機(jī)構(gòu)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一款光遺傳調(diào)控的神經(jīng)肌肉驅(qū)動(dòng)生物混合爬行機(jī)器人，在現(xiàn)實(shí)世界中邁出了"濕件"控制機(jī)器的關(guān)鍵一步。

01"濕件"如何被喚醒？

我們熟悉的機(jī)器人，由物理軀體（硬件）和程序代碼（軟件）構(gòu)成。然而，在實(shí)驗(yàn)室最前沿的舞臺(tái)上，一個(gè)全新的角色已經(jīng)登場(chǎng)——"濕件"。

"濕件"與其名字一樣形象，特指活的生物神經(jīng)系統(tǒng)或細(xì)胞組織，因其富含水分與生命特質(zhì)而得名。和我們熟悉的硅基芯片不同，這些"濕件"天生就具備自組織、自適應(yīng)、超低能耗等特性，無需復(fù)雜編程即可處理信息并做出反應(yīng)。

那么，這種"生物智能"如何被駕馭？《科學(xué)·機(jī)器人》上的這款生物混合爬行機(jī)器人，提供了一個(gè)精妙的范本。

它的構(gòu)建始于一個(gè)精心設(shè)計(jì)的"軀體"。研究人員采用3D打印技術(shù)，使用PEGDA水凝膠為機(jī)器人制作了結(jié)構(gòu)支架。這個(gè)支架不僅是細(xì)胞的載體，其不對(duì)稱的腿部設(shè)計(jì)更是一種"結(jié)構(gòu)智能"，能將微觀的肌肉收縮高效轉(zhuǎn)化為宏觀的定向爬行。就像人的骨骼決定了我們的基本形態(tài)與運(yùn)動(dòng)方式一樣，這個(gè)微小的支架決定了機(jī)器人未來的"生命形態(tài)"。

生物混合機(jī)器人的肌肉驅(qū)動(dòng)示意圖

在支架之上，研究團(tuán)隊(duì)培育了兩個(gè)核心生命單元，分別是經(jīng)過光遺傳學(xué)改造的神經(jīng)元與骨骼肌組織。

神經(jīng)元扮演"生物控制器"的角色，而肌肉則作為"生物執(zhí)行器"。關(guān)鍵在于，兩者之間成功形成了功能性的”神經(jīng)肌肉接頭”，就像一座天然的生物橋梁，使得電信號(hào)能夠無縫傳遞，建立了真正的生命連接。從此，"大腦"的指令可以直接傳遞給"身體"。

神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）的鈣成像

控制這一微小生命系統(tǒng)的，是集成的無線供電微型LED。通過特定波長(zhǎng)的藍(lán)光進(jìn)行刺激，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)神經(jīng)元集群的遠(yuǎn)程、無創(chuàng)、精準(zhǔn)喚醒與控制。

這套系統(tǒng)，帶來一場(chǎng)機(jī)器人控制邏輯的根本性顛覆。

傳統(tǒng)的機(jī)器人遵循"傳感器-芯片-電機(jī)"的路徑，它的核心是計(jì)算，每一步都由預(yù)設(shè)的代碼決定。而生物混合爬行機(jī)器人則是"光信號(hào)-神經(jīng)元處理-肌肉收縮"的路徑，核心是基于生命系統(tǒng)內(nèi)在邏輯的生物反應(yīng)。

機(jī)器人的操作決策權(quán)從確定的代碼，移交給了動(dòng)態(tài)且有活性的生物組織本身，這展示了一種控制核心從”軟件”向”濕件”轉(zhuǎn)移的可能性。

02從機(jī)器到生命：為何稱它為"第二賽道"？

當(dāng)這個(gè)"濕件"系統(tǒng)被喚醒，最令人驚嘆的并非其能動(dòng)，而是其"如何"動(dòng)，也就是那些超越了傳統(tǒng)機(jī)器邏輯、充滿生命特質(zhì)的行為方式。

那么，這些特質(zhì)具體體現(xiàn)在何處？其答案，正隱藏在這個(gè)生物混合爬行機(jī)器人如嬰兒學(xué)步般稚拙卻復(fù)雜的行為中。

例如，給它一束光，它就能自主爬行，在光刺激停止后，它并不會(huì)立即停下，而是能繼續(xù)爬行長(zhǎng)達(dá)20分鐘，仿佛其神經(jīng)元記住了剛才的指令，也展現(xiàn)出生命系統(tǒng)特有的短時(shí)程可塑性。

單神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）機(jī)器人：光刺激關(guān)閉后的自主爬行

雙神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）機(jī)器人的自主爬行

更奇妙的是，當(dāng)加快光刺激的頻率，它反而慢下來了。這不是故障，而是它正在展現(xiàn)生命系統(tǒng)特有的"非線性響應(yīng)"。就像我們?cè)谄v時(shí)越想努力效率越低一樣，其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部正在發(fā)生著復(fù)雜的互動(dòng)，最終產(chǎn)生了這種看似”任性”的行為。

神經(jīng)肌肉接頭機(jī)器人的顫搐

這種難以預(yù)測(cè)的特性，恰恰是它最迷人的地方?？茖W(xué)家稱之為"涌現(xiàn)行為"，意思是整體表現(xiàn)出了各個(gè)部件簡(jiǎn)單相加所不具備的復(fù)雜特性。這就像無數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單的水分子匯聚在一起，卻形成了波濤洶涌的海浪。

此外，它還在無人干預(yù)的情況下，于培養(yǎng)皿中保持了超過兩周的功能活性，展現(xiàn)了生命內(nèi)在的韌性。

對(duì)比來看，我們熟悉的傳統(tǒng)"硅基"機(jī)器人如同精密的鐘表，其精髓在于絕對(duì)控制，但需要持續(xù)供電、動(dòng)作僵硬，學(xué)習(xí)新技能必須重新編程，而且一旦損壞往往難以自我修復(fù)。

而這款"碳基"生物混合爬行機(jī)器人，走的完全是另一條路。其能耗極低，具備天生的生物柔韌性和相容性，而且其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)帶來的可塑性，為未來機(jī)器人實(shí)現(xiàn)具有生命特質(zhì)的能力提供極大可能。

重點(diǎn)是，這些不是靠編程實(shí)現(xiàn)的，而是生命物質(zhì)與生俱來的稟賦。

我們正在見證的，不是技術(shù)的改良，而是一場(chǎng)認(rèn)知的革命。從此，機(jī)器人不再只是冰冷的機(jī)械，它們開始擁有了生命的特質(zhì)，比如會(huì)記憶，會(huì)任性，會(huì)疲憊，也會(huì)堅(jiān)持。

這或許就是"濕件"帶給我們的最大禮物，不是要造出更強(qiáng)大的機(jī)器，而是要?jiǎng)?chuàng)造出更有溫度的生命伙伴。

03從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化

生物混合機(jī)器人雖處于實(shí)驗(yàn)室階段，但其產(chǎn)業(yè)生態(tài)的基石已經(jīng)開始快速構(gòu)建。目前，政策、資本與產(chǎn)業(yè)鏈正形成合力，為其鋪平未來走向市場(chǎng)的道路。

在政策布局上，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)在2025年專門設(shè)立了“先鋒者計(jì)劃”，針對(duì)生物混合機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)行項(xiàng)目征集與資助，第一批的4個(gè)項(xiàng)目被予以立項(xiàng)，資助總額400萬元。

同年3月，浦江創(chuàng)新論壇也以“從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的跨越”為主題，探討了生物混合機(jī)器人的未來應(yīng)用場(chǎng)景和重大命題。

政策的明確信號(hào)迅速獲得了市場(chǎng)的回應(yīng)。在資本投入方面，行業(yè)分析報(bào)告顯示，2025年上半年針對(duì)生物混合機(jī)器人領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)投資額達(dá)37億美元，同比激增210%，這些資金主要流向了神經(jīng)接口設(shè)備、活體材料等核心環(huán)節(jié)，為技術(shù)轉(zhuǎn)化注入了關(guān)鍵燃料。

在產(chǎn)業(yè)賦能的具體路徑上，生物混合機(jī)器人的發(fā)展軌跡，與仿生學(xué)的產(chǎn)業(yè)化路徑有著某些相似之處。

回顧仿生學(xué)的發(fā)展歷程，我們看到的是一條從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)變革的清晰路徑。比如，研究鳥類飛行的原理，不僅造出了飛機(jī)，更催生了萬億美元規(guī)模的航空產(chǎn)業(yè)；分析蝙蝠回聲定位機(jī)制，不僅幫助我們發(fā)明雷達(dá)，更奠定了現(xiàn)代自動(dòng)駕駛技術(shù)的感知基礎(chǔ)。

如今，生物混合爬行機(jī)器人正在這條路徑上實(shí)現(xiàn)新的突破，它不再滿足于外部形態(tài)的模仿，而是將生命系統(tǒng)億萬年進(jìn)化出的內(nèi)在智慧，直接轉(zhuǎn)化為機(jī)器架構(gòu)的核心部件。

基于此，醫(yī)療領(lǐng)域被視為最現(xiàn)實(shí)的突破口。傳統(tǒng)手術(shù)機(jī)器人是體內(nèi)揮舞精密器械的"巨人"，而生物混合爬行機(jī)器人則可能成為潛入人體的"微雕師"。它們能憑借生物相容性，在特定場(chǎng)景下發(fā)揮不可替代的作用。

例如，搭載干細(xì)胞模塊的生物混合機(jī)器人有望穿透血腦屏障，實(shí)現(xiàn)帕金森病等神經(jīng)疾病的靶向治療與修復(fù)，其價(jià)值正在于利用生命系統(tǒng)的固有特性，解決傳統(tǒng)機(jī)械無法逾越的生物學(xué)障礙。

環(huán)境監(jiān)測(cè)則是另一個(gè)極具潛力的方向。相較于在無人機(jī)或探測(cè)車這些外來者，生物混合爬行機(jī)器人能像一片落葉般融入敏感的生態(tài)系統(tǒng)，執(zhí)行任務(wù)后自然降解，實(shí)現(xiàn)"來過，卻未曾打擾"的無痕監(jiān)測(cè)。

然而，當(dāng)技術(shù)突破照亮應(yīng)用前景的同時(shí)，也必然將其引發(fā)的倫理思考投射到我們面前。

當(dāng)這些"濕件"系統(tǒng)開始表現(xiàn)出學(xué)習(xí)能力，甚至某種程度的自主性時(shí)，我們不得不思考一個(gè)問題：它們究竟是工具，還是某種新形態(tài)的生命？

這個(gè)問題與基因編輯的爭(zhēng)議有些類似，但此次無疑更加復(fù)雜，因?yàn)槲覀兠鎸?duì)的是創(chuàng)造一個(gè)兼具生命與機(jī)器特性的全新實(shí)體。

回望科技發(fā)展史，從原子能到人工智能，每一項(xiàng)顛覆性技術(shù)都經(jīng)歷過從狂熱到理性，從放任到規(guī)范的過程，生物混合爬行機(jī)器人技術(shù)正處在類似的歷史節(jié)點(diǎn)。

04結(jié)語

盡管目前研發(fā)的生物混合爬行機(jī)器人相比電影中的阿麗塔還相差甚遠(yuǎn)，但它標(biāo)志著，我們不再僅僅用代碼定義機(jī)器人的行為，而是開始學(xué)習(xí)與生命本身合作，利用神經(jīng)系統(tǒng)的內(nèi)在智慧來創(chuàng)造機(jī)器。

從喚醒一個(gè)爬行機(jī)器人，到未來可能喚醒更復(fù)雜的生物混合系統(tǒng)，"濕件"開啟的"第二賽道"，既通向技術(shù)的星辰大海，也指向產(chǎn)業(yè)的深層重構(gòu)。

在這條充滿未知的賽道上，每一次微小的突破，不僅是在探索機(jī)器的未來形態(tài)，更是在重新定義下一個(gè)十年的產(chǎn)業(yè)格局。