能進(jìn)行辨別物品的軟性機(jī)器人抓手

人類能夠品嘗東西，這是很特別的一點(diǎn)。不過現(xiàn)在，這可不再特別了，因?yàn)榧又荽髮W(xué)戴維斯分校的研究人員Carnegie Mellon和同事合作開發(fā)了一種新方法，可以讓實(shí)驗(yàn)用的軟性機(jī)器人抓手也能“品嘗”出東西：利用工程菌來檢測特定的化學(xué)物質(zhì)。

軟性機(jī)器人使用輕質(zhì)、柔韌和柔軟的材料來制造出符合生物多功能性的機(jī)器，而軟性機(jī)器人的設(shè)計(jì)往往會從大自然中汲取靈感。將實(shí)際的活細(xì)胞添加到軟性機(jī)器人中，使科學(xué)家們離建造生物-機(jī)械混合機(jī)器又近了一步。

這項(xiàng)研究的共同作者兼機(jī)械工程學(xué)副教授Carmel Majidi說：“通過將我們在柔性電子和機(jī)器人皮膚方面的工作與合成生物學(xué)相結(jié)合，我們又實(shí)現(xiàn)了一大突破，例如軟生物混合機(jī)器人，它可以根據(jù)環(huán)境條件的變化調(diào)整感知、感覺和移動的能力?！?/p>

這個新的機(jī)器人采用了一個“生物傳感模塊”，這個模塊是用一種大腸桿菌工程菌構(gòu)建的，通過產(chǎn)生熒光蛋白來指示一種名為IPTG（異丙基硫代半乳糖苷，是一種作用極強(qiáng)的誘導(dǎo)劑）的化學(xué)物質(zhì)的存在，從而觸發(fā)機(jī)器人中內(nèi)置的電路，可用于檢測光線。

大腸桿菌工程菌位于一個有柔性多孔膜的槽中，這個多孔膜允許化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入但保持細(xì)胞內(nèi)部。這個“生物傳感模塊”內(nèi)置于機(jī)器人手臂上的柔性抓手的表面，因此抓手可以通過其手指“品嘗”出東西或所處的環(huán)境。

當(dāng)IPTG穿過膜進(jìn)入腔室時，細(xì)胞發(fā)出熒光，并且模塊內(nèi)的電子電路檢測到光。電信號再傳送到抓手的控制單元，控制單元就可以決定是拾取東西還是放下東西。

并且，這個電信號可用于讓機(jī)器人知道化學(xué)物質(zhì)是否存在于下方夾子的水浴中。因此，一旦化學(xué)物質(zhì)完全消散并且不再存在，機(jī)器人就可以檢測到，然后它就會知道把物體（這個案例中就是一個球）放入水中是安全的。

基本上來說，研究人員已經(jīng)制造出了一個帶有集成有機(jī)組件的機(jī)器人，或者稱之為“生物混合機(jī)器人”。這種機(jī)器人的功能有限，因?yàn)樗荒軝z測到一個東西，并且，要制造出一個能夠隨著時間變化而追蹤濃度的微小變化的機(jī)器人也是一種挑戰(zhàn)。

但是研究人員希望，一旦他們能夠解決構(gòu)建微生物群落的難題，這個微生物群落就能夠存在，并且隨著時間的推移在大小和組成上保持穩(wěn)定（比如，那些生活在我們腸道中，對于消化至關(guān)重要的微生物群落），那么它們就可以做很多事情。

例如，它們不僅可以幫助機(jī)器人來檢測化學(xué)物質(zhì)，還能通過構(gòu)建聚合物或甚至生成生物能來幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)的功能，從而使機(jī)器人獨(dú)立于其他來源的供電。

加州大學(xué)戴維斯分校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的助理教授Cheemeng Tan說：“我們的長期愿景是為軟性機(jī)器人建造合成的微生物群落，這有助于生態(tài)環(huán)境的修復(fù)、能源生產(chǎn)或生物傳感?！边@項(xiàng)研究工作于本周三發(fā)表在《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》期刊上。