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能进行辨别物品的软性机器人抓手

2019-06-30 10:04:00

人类能够品尝东西，这是很特别的一点。不过现在，这可不再特别了，因为加州大学戴维斯分校的研究人员Carnegie Mellon和同事合作开发了一种新方法，可以让实验用的软性机器人抓手也能“品尝”出东西：利用工程菌来检测特定的化学物质。

软性机器人使用轻质、柔韧和柔软的材料来制造出符合生物多功能性的机器，而软性机器人的设计往往会从大自然中汲取灵感。将实际的活细胞添加到软性机器人中，使科学家们离建造生物-机械混合机器又近了一步。

这项研究的共同作者兼机械工程学副教授Carmel Majidi说：“通过将我们在柔性电子和机器人皮肤方面的工作与合成生物学相结合，我们又实现了一大突破，例如软生物混合机器人，它可以根据环境条件的变化调整感知、感觉和移动的能力。”

这个新的机器人采用了一个“生物传感模块”，这个模块是用一种大肠杆菌工程菌构建的，通过产生荧光蛋白来指示一种名为IPTG（异丙基硫代半乳糖苷，是一种作用极强的诱导剂）的化学物质的存在，从而触发机器人中内置的电路，可用于检测光线。

大肠杆菌工程菌位于一个有柔性多孔膜的槽中，这个多孔膜允许化学物质进入但保持细胞内部。这个“生物传感模块”内置于机器人手臂上的柔性抓手的表面，因此抓手可以通过其手指“品尝”出东西或所处的环境。

当IPTG穿过膜进入腔室时，细胞发出荧光，并且模块内的电子电路检测到光。电信号再传送到抓手的控制单元，控制单元就可以决定是拾取东西还是放下东西。

并且，这个电信号可用于让机器人知道化学物质是否存在于下方夹子的水浴中。因此，一旦化学物质完全消散并且不再存在，机器人就可以检测到，然后它就会知道把物体（这个案例中就是一个球）放入水中是安全的。

基本上来说，研究人员已经制造出了一个带有集成有机组件的机器人，或者称之为“生物混合机器人”。这种机器人的功能有限，因为它只能检测到一个东西，并且，要制造出一个能够随着时间变化而追踪浓度的微小变化的机器人也是一种挑战。

但是研究人员希望，一旦他们能够解决构建微生物群落的难题，这个微生物群落就能够存在，并且随着时间的推移在大小和组成上保持稳定（比如，那些生活在我们肠道中，对于消化至关重要的微生物群落），那么它们就可以做很多事情。

例如，它们不仅可以帮助机器人来检测化学物质，还能通过构建聚合物或甚至生成生物能来帮助机器人实现自我修复的功能，从而使机器人独立于其他来源的供电。

加州大学戴维斯分校的生物医学工程学的助理教授Cheemeng Tan说：“我们的长期愿景是为软性机器人建造合成的微生物群落，这有助于生态环境的修复、能源生产或生物传感。”这项研究工作于本周三发表在《科学·机器人学》期刊上。