生命系统和机电系统融合的类生命机器人

经过亿万年的进化，生物系统在传感、智能、驱动等方面具备了传统机电系统难以比拟的优势。例如，蛇颊窝的温度灵敏度可达0.003K；生物大脑能够进行高效学习和多任务操作；沫蝉可以跳出超过自身体长100多倍的高度。为了有效提高机器人的性能，近年来，由生命和机电系统融合而成的类生命机器人被提出，并迅速成为了机器人领域的研究特点。然而，尽管现阶段类生命机器人研究已经取得了较多成果，但大多数类生命机器人局限于简单的功能演示，未充分利用生物系统的优势。为了促进类生命机器人的实用化发展，在类生命机器人传感、智能、驱动等方面进行进一步探索是十分有必要的。此外，当前具有单一功能的类生命机器人难以和人类、环境交互，具有传感-智能-驱动闭环的类生命机器人有望被进一步发展。在所提出的闭环类生命系统中，智能单元的神经细胞将在生理上连接传感单元和驱动单元。这不仅可以实现信息传递，而且还将相互提高传感、智能和驱动单元的功能、性能和生命周期。在未来，类生命机器人有望在多个领域为社会做出贡献。

近日，中国科学院沈阳自动化研究所类生命机器人研究团队在《国家科学评论》(NSR)发表观点论文，文章首先总结了类生命机器人的研究现状。然后，该文章重点从机器人感知、智能和驱动三个方面阐述了类生命机器人及其关键零部件的发展前景。最后，该文章提出了由这三部分构成的机器人闭环系统，展望了整体类生命机器人的潜在发展路线，对生命与机电融合的相关领域研究具有重要的参考意义。

图1 生物融合机器人发展的潜在路线图，包括传感、智能和驱动功能。

在传感方面，目前的类生命传感器主要集中在单一光敏像素的特定单光谱成像，传感效率低，光谱信息稀疏，极大地限制了传感应用。通过共转染技术等开发能够响应多种光谱的生命材料，构建多通道传感阵列和图像重建算法有望促进类生命传感的发展。在智能方面，现阶段大多数类生命智能都是基于2D神经网络，这限制了网络连接复杂性和信息处理能力。构建3D神经网络并提出更精确的训练方法有望促进类生命智能发展。在驱动方面，现有的类生命机器人主要由体外培养的微型细胞簇驱动，随着对生物生理机制的进一步了解，生物3D打印等技术的发展，未来有望构建出高性能、大尺寸的生命材料，促进大尺度类生命机器人的发展。并且基于多驱动器的类生命机器人也应被进一步研究，以提高类生命机器人行为复杂性。

此外，当前具有单一功能的类生命机器人难以和人类、环境交互，具有传感-智能-驱动闭环的类生命机器人有望被进一步发展。在所提出的闭环类生命系统中，智能单元的神经细胞将在生理上连接传感单元和驱动单元。这不仅可以实现信息传递，而且还将相互提高传感、智能和驱动单元的功能、性能和生命周期。在未来，类生命机器人有望在多个领域为社会做出贡献。

Bio-syncretic robots composed of biological and electromechanical systems

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac274