生物是最鼓舞人心的存在，但也很難在機(jī)器人技術(shù)中進(jìn)行復(fù)制。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，日本的研究人員成功設(shè)計(jì)了一種微小的機(jī)器人系統(tǒng)，可以像一個(gè)活體細(xì)胞一樣移動(dòng)。上周，科學(xué)家們?cè)凇翱茖W(xué)機(jī)器人”雜志上發(fā)表了相關(guān)研究成果。

該系統(tǒng)被稱為分子機(jī)器人，大小形狀類似于阿米巴變形蟲。樣子像是一個(gè)充滿液體的囊，該結(jié)構(gòu)體內(nèi)含有大約27種生物和化學(xué)成分組成，該機(jī)器人研究人員之一，日本仙臺(tái)東北大學(xué)的生物工程師野村一郎說。

分子組件協(xié)同工作通過拉伸動(dòng)作來改變囊的形狀，在液體環(huán)境中推動(dòng)囊體像細(xì)胞一樣運(yùn)動(dòng)。通過使用對(duì)光敏感的DNA信號(hào)來控制囊體運(yùn)動(dòng)的啟止。

除了以這種奇特方式運(yùn)動(dòng)，該變形蟲機(jī)器人能做的并不多。但這就是該發(fā)明的絕妙之處，野村說。機(jī)器人可作為一種載體，可以裝配研究人員想到的任何東西：微型計(jì)算機(jī)，傳感器，甚至藥物。配備了這些工具后，變形蟲機(jī)器人系統(tǒng)就可以用來探索生物分子環(huán)境。它可以尋找毒素，檢查其他細(xì)胞的表面或是分析培養(yǎng)皿內(nèi)的物質(zhì)。

野村和他的同事們已經(jīng)想出了一種方法來打包和運(yùn)輸相關(guān)工具，以便其他科學(xué)家可以“愉快地操控機(jī)器人”，并裝配上自己需要的組件。他希望該平臺(tái)將用于構(gòu)建越來越復(fù)雜的具有可控的運(yùn)動(dòng)性的分子機(jī)器人。

最終，野村想看到機(jī)器人能夠在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)作。“這是一個(gè)前沿科技，”野村說。變形蟲機(jī)器人可以潛入細(xì)胞內(nèi)部及其細(xì)胞核，可以診斷，尋找細(xì)胞內(nèi)部的問題。“這有點(diǎn)夢(mèng)幻，”野村說，但值得注意的是，他的機(jī)器人尺寸可以減小到小于一微米-足夠小，以適應(yīng)細(xì)胞內(nèi)部。

研究人員已經(jīng)開發(fā)了許多概念驗(yàn)證的微米和納米級(jí)機(jī)器人，它們可以在身體內(nèi)移動(dòng)和通信。許多這些微小的機(jī)器人由可生物降解的材料制成，并且由磁，化學(xué)或超聲波力量來驅(qū)動(dòng)。

野村的分子機(jī)器人的不同之處在于它完全由生物和化學(xué)成分組成，像細(xì)胞一樣移動(dòng)，并由DNA控制。其他已經(jīng)開發(fā)出來的分子機(jī)器人，沒有一個(gè)具有這種可操控的動(dòng)力，野村說。

野村說，花了大約一年半的時(shí)間使用27種不同的化學(xué)成分來制造分子機(jī)器人。脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的膜用作可延展的機(jī)器人主體。在機(jī)器人里面，特殊的蛋白質(zhì)撞到膜，導(dǎo)致它改變形狀，類似于有人從袋子內(nèi)部向外擊打。

這樣的沖擊運(yùn)動(dòng)僅在被稱為驅(qū)動(dòng)蛋白和微管的關(guān)鍵蛋白通過錨單元連接到膜時(shí)發(fā)生。該連接由光敏DNA提供。當(dāng)紫外光照射在機(jī)器人上時(shí)，內(nèi)部的光敏DNA裂成單鏈。然后它可以鎖定到錨單元和驅(qū)動(dòng)蛋白-微管結(jié)構(gòu)，形成它們之間的橋梁。

微管蛋白，其是剛性的，長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，在腺苷三磷酸或ATP-細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)運(yùn)分子的幫助下沿著驅(qū)動(dòng)蛋白蛋白滑動(dòng)。當(dāng)它們滑動(dòng)時(shí)，可以擊打機(jī)器人的外膜，導(dǎo)致其改變形狀。

通過使用這種分子的組合，野村和他的同事成功地模擬了細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。但是如果這項(xiàng)技術(shù)是完全由生物組件組裝，由ATP進(jìn)行化學(xué)驅(qū)動(dòng)，我們真的可以稱之為機(jī)器人?“機(jī)器人的定義很廣的，”野村說。如果有樣?xùn)|西擁有一個(gè)實(shí)體，可以感知和處理信息并執(zhí)行一個(gè)功能，它就是一個(gè)機(jī)器人，他說。

無論是機(jī)器人或者細(xì)胞機(jī)器人，我們都期待著看到工程師會(huì)在里面放置哪些功能。