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机器人总是这么一个奇特的存在，影视中万能，现实中呆萌。在世界机器人大会主论坛上，韩国高等科学技术院(KAIST）类人机器人研究中心主任吴俊浩做主题演讲时播放的视频就深刻地再现了这一点。他们研发的机器人DRC-HUBO在今年的DARPA机器人挑战赛上斩获200万美元冠军大奖。这位教授毫不客气地播放了其余24个机器人手下败将在比赛做任务过程中各种跌倒的视频集锦。走路，跌倒！下台阶，跌倒！开车门下车，跌倒！ 这些来自世界各地的机器人，都由高校或科研院所的实验室花几年时间研制的，成本造价约为100万至200万美元，在实验室表现都很棒，一进入现实环境的测试，却不断摔倒，出现种种故障，很多甚至都没完成比试任务，令人失望。 “两足行走本身对于机器人来说并不安全。”这是HUBO团队早就经过研究得出的结论。于是他们创新出一种轮式模式，当机器人发现情况复杂，有可能站不稳走不稳时，就跪下来，利用膝盖和脚上的轮子前进。这让机器人可以在高危的仿人双脚前进模式，和更合机器口味的轮式前进模式间简单自如地切换。这办法是不是机智得“让人忍不住给跪”？ 事实上，HUBO的这种切换，反映了当今机器人研究两大门类的合流：模仿生物的功能，这更多偏向科学的范畴；发挥技术的优势，这更多偏向工程的范畴。主论坛上发言的科学家们，在谈到机器人技术的未来时，几乎都涉及这两方面内容。 “科学和工程学必须要更多地融合在一起，他们代表机器人发展的未来。”在意大利圣安娜大学生物机器人研究所主任保罗·达里奥看来，现在生物机器学和仿生学是非常成功的领域，而用类生命系统去复制自然系统的功能和特征就是仿生学的内涵。“我们会对自然界的一些系统进行建模，以找到设计的原模，再利用这些原模设计机械机器人，可以设计灾害响应机器人、康复机器人、手术机器人等。” 仿生学是一个师法自然的流派，保罗研究鸡、蝗虫、章鱼等各种动物的运动模式，并在主论坛报告中举了几个有趣的实例：他们仿照蚯蚓的运动特征设计结肠镜设备，实现了结肠镜的视觉化，而且结肠镜可以像蚯蚓钻入泥土一样毫不费力地钻进人类结肠，不会让人感到痛苦。这样无痛的结肠镜检查已经在1500多个患者身上进行了测试。他们将神经仿生学回环用在可穿戴的机器人手臂上，可以让人更好地控制假肢。甚至有患者使用仿生学假肢获得了舞蹈比赛的优胜奖。 保罗·达里奥表示，未来的新一代机器人还需要集成和简化现有的技术。它们将会有巨大飞跃，或许可以帮助人类的整个生命阶段，从儿童期、成年一直到老年。 机器人是个多学科、综合性的领域。它的发展动力来自两个方面：一是新技术发展的推动，二是新应用的拉动。美国密歇根州立大学教授席宁在世界机器人大会主论坛的报告中，从新技术和新应用的出现，推测机器人技术的下一步发展，认为机器人的下一步是从模仿人到超越人。 未来机器人能做哪些人类做不到的事情呢？席宁特别重点地分析了纳米机器人在生物制药领域的应用前景，并认为这很可能将是机器人产业的下一个爆点。 从新技术的推动方向分析，纳米和微纳米技术的发展给机器人提供了新的应用领域。“纳米、微纳米领域是看不见、摸不着的，现在机器人把原来看不见、摸不着的东西变得能看到、能摸着，扩展了人在微小环境里的加工能力。” 从新应用的拉动方向分析，生物医药领域中，新药研发的时间漫长，投入巨大且一直在上升，而人类又不断面对新疾病的威胁。“解决这个问题重要的途径就是把新药开发的过程自动化，纳米机器人可以做到这一点。” 席宁描述了自己的思路：“我们要开发一套自动化系统，就像今天的生产自动化一样，不是装配零件而是开发新药，传送带送来的都是细胞，用机器人把药物放在细胞上。这是一个操作过程，同时进行测量，看药物效果，纳米机器人可以让这个过程高速进行，在短时间内对大量药物直接在细胞上进行筛选，就可以大大提高新药开发的效率。” “在我们看不到的空间里有一个广泛的空间。”席宁说，未来机器人技术除了代替人以外，更重要的是能够克服距离、尺度、环境给人带来的困难，做人类做不到的事情。

这或许是来自一家高科技工厂的一幕，只是这条流水线只有几纳米长。 机器人沿着轨道缓慢移动着，并且有规律地停顿，以便伸出小心翼翼地将组件捡起来的手臂。手臂将组件连接到机器人后背上的精细构造，然后机器人向前移动并且重复这一过程——根据精确的设计，有条不紊地将零部件串在一起。 这或许是来自一家高科技工厂的一幕，只是这条流水线只有几纳米长。组件是氨基酸，产品是小肽，由英国曼彻斯特大学化学家DavidLeigh创建的机器人则是曾经设计出的最复杂的分子级机器。 这并非个例。Leigh是日益增多的分子“建筑师”队伍中的一员。他们受到启发，模拟在活体细胞中发现的像机器一样的生物分子。过去25年里，这些研究人员设计出一系列令人印象深刻的开关、棘轮、发动机、推进器，甚至更多——就像它们是纳米尺度的乐高部件一样，能被集成在一起成为分子机械。与此同时，多亏了分析化学工具和使建造大型有机分子更加简单的反应的改进，进展正在加速。 创建分子梭 很多今天的分子机器都可追溯至一个由目前在美国西北大学就职的化学家FraserStoddart于1991年建造的相对简单的设备。那是一个被称为轮烷的组合体，其中环状分子被一个“轴”穿过，而“轴”是两端均由体积较大的“塞子”堵住的线性分子。这个特殊的“轴”所包含的是在链的每一端能绑定到环状分子上的两个化学基团。Stoddart发现，环状分子能在这两个点之间来回移动，从而创建了首个分子梭。 1994年，Stoddart改进了设计，使得“轴”拥有两个不同的结合位点。分子梭存在于溶液中，改变液体的酸度则能迫使环状分子从一个地点移动到另一个地点，从而使分子梭成为一个换向开关。类似的分子开关也许有朝一日能被用于对热、光或特定化学物质作出响应，或者打开纳米尺度集装箱“舱口”以便将载有药物分子的“货船”在适当的时间运送到人体内位置正确的传感器上。 同来自加州理工学院的JamesHeath一起，Stoddart利用上百万个轮烷制造出存储设备。夹在硅和钛的电极之间，轮烷能通过电流切换从一个状态变为另一个状态，并且被用于记录数据。这种分子“算盘”约有13微米宽，并且包含16万比特，而每一比特都由几百个轮烷构成——密度约为每平方厘米100吉比特，可同今天最好的商业化硬盘驱动器相媲美。 不过，“开关”并不是很给力，通常在不到100次循环后便会散架。一种可能的解决方法是将它们装载入被称为金属有机骨架（MOF）的坚硬、多孔晶体中。今年早些时候，来自加拿大温莎大学的RobertSchurko和StephenLoeb证实，他们能将约1021个分子梭打包装进1立方厘米的MOF中。上个月，Stoddart公开了一种不同的MOF，其中包含有开关控制的轮烷。这种MOF被安装在电极上，而轮烷能通过改变电压一起被开启或关闭。 纳米发动机 1999年，在早期的分子梭和开关试验之后，该领域随着首个合成分子发动机的创建而向前迈进了一大步。分子发动机由荷兰格罗宁根大学化学家BenFering领导的团队建造，是一个包含由碳—碳双键连接在一起的两个相同“船桨”元件的单个分子。研究人员将“船桨”固定在某个位置，直到一束光将部分化学键打破，使“船桨”得以旋转。至关重要的是，“船浆”的形状意味着它们只会朝一个方向转，而且只要有光和一些热量的供应，发动机将会保持旋转。 Feringa继续利用类似的分子发动机创建了四轮驱动的“纳米汽车”。他还证实，发动机能为液态晶体提供足够的旋转力，从而使发动机上面的玻璃棒缓慢转动。玻璃棒有28微米长，是发动机大小的几千倍。 一些化学家认为，尽管这些发动机很可爱，但最终将一无是处。“对于人造发动机，我一直有所怀疑——它们太难制造，也很难按比例扩大。”德国慕尼黑大学化学家DirkTrauner表示。 不过，它们背后的化学原理可能确实很有用。利用相同的光激活机制，研究人员开发出约100种能根据对光的响应开启或关闭的类药性化合物。 Trauner和以色列魏兹曼科学研究院化学家RafalKlajn认为，主要的挑战将是说服行事谨慎的制药行业，使其相信这些光控药物有着很大潜力，即使它们并未在人类中有过追踪记录。“一旦他们看到了价值，我们将会处于很好的状态。” 两个不同发展方向 在对打造能真正做一些有用事情的分子机器的求索中，研究人员正开始将一些不同的组件集成到单一设备中。今年5月，Stoddart公布了一种可将两个环状分子从溶液中“拉”出来放到存储链上的人造分子泵。每个环状分子套在位于链一端的“塞子”上，并且被有开关控制的结合点吸引。转动开关能推动环状分子跨越存储链更远处的第二道屏障，而环状分子在此到达等候区。 这一系统无法传送任何其他类型的分子，并且经过反复尝试修正才得以建造成功。“这是一条漫长的道路。”Stoddart感叹说。不过，它证实分子机器能被用于集聚分子，并且以和生物学迫使离子或分子形成浓度梯度创造丰富的潜在能量相同的方式，推动化学系统进入非平衡态。“我们正在学习如何设计能量棘轮。” Stoddart同时表示，此类成果能使该领域朝两个主要方向发展：保持在纳米尺度下赋予这些机器一些无法通过任何其他方法实现的分子级任务；或者往宏观方向发展，同时利用上万亿台机器改造材料或移动大量货物，就像一大群蚂蚁那样。 或许，纳米方法的最好例子是Leigh的分子流水线。受到核糖体启发，它基于将来自“轴”的氨基酸捡起并添加到不断增长的肽链中的轮烷系统。不过，这一设备或许有着宏观上的应用。在36个小时内，1018台共同工作的设备能产生几毫克的肽。“它无法做那些你在实验室里半个小时内做不出来的事情。”Leigh说，但它证实，你可以拥有一台沿着轨道向下移动、将分子“积木”捡起并且组合在一起的机器。目前，Leigh正在致力于开发其他版本的机器，以制造用于量身定制的具有材料属性的链段化聚合物。 相反，上万亿台共同工作的分子机器也能改变宏观世界中的材料属性。例如，根据对光或化学物质所作出响应而膨胀或收缩的凝胶，能扮演可调节镜头或传感器的角色。“在接下来的5年里，我敢打赌你将会得到第一批包含了开关的智能材料。”Feringa说。

     把机器人放在眼睛里做医疗手术可能是下一个创新趋势，苏黎世的研究人员正在建立微型机器人用来帮助精致的手术，机器人有一个可伸缩的针来探测身体部位（眼睛），针的直径只有 4 分之一毫米，相当于人类3-4 根头发的厚度（宽度），意味着它薄如外科手术刀的刀锋，锋利如刀刃。 　　因为这样的尺寸，任何手术的侵入性和损害性都会变得最小。相比传统机器人，它不能携带任何类型的电池或驱动。为了解决这个问题，研究人员开发了一个“OctoMag”系统，使用了一系列的电磁铁放在病人头部，可以给电力机器人充电。 　　然后通过调整电磁铁的力度，机器人可以在身体里推动或拉升。目前这个技术还没正式医用，研究人员正在进行第一轮实验，以便更好地用这项技术探索眼睛的奥妙。 　　目前苏黎世的团队正在不断完善它，希望缩小到更低级别——纳米级别的机器人。 　　小结：这样的机器人对眼睛、耳朵、大脑神经这样微小的部位诊治将具有重要的意义，如果保证执行精确、无缝配合软件，对于开颅、淋巴治疗等类似手术将取得重大的进步，我们期待这样的科技早点到来。