高度仿真的仿生机器人“雷克斯”问世，让机器人未来发展再成话题

2013年11月10日 07:41
来源：文汇报

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编译叶松亭

如果某一天，电影《终结者》中的机器人战士T-800真的站在你面前，你会有怎样的反应？尖叫？合影？还是趁机摸一把，看看和真人是否手感一样？

今年早些时候，全球首个仿生机器人“雷克斯”在英国问世，由一大堆目前最先进的人造假肢和电子器官组装而成，身高1米83，能说、能走、会呼吸，人工智能还支持他理解一些简单的句子。

从概念上讲，仿生机器人是机器人的一种，即尽量模拟人类生物结构与功能的机器人。作为机器人学的“主流方向”之一，各国科研人员在过去数十年间在这一领域内取得了很多成果，但就整体而言，目前仍然处于实验室阶段。另一方面，近年来强势崛起的生物3D打印技术，却迅速夺走了人们部分原本投向仿生人的关注。

用仿生部件解决器官源稀缺

雷克斯是目前先进仿生部件的“集大成者”，可造出这样一个机器人，究竟有什么用？科学家们表示，研制仿生人，可以助推人造心脏、肾脏、胰腺、脾脏和其他人造器官的应用与普及，从而缓解器官源稀缺的问题。此外，仿生眼未来可以应用于盲人，人造肌腱可以帮助治疗韧带或肌腱损伤而随着技术的成熟，部分替代品功能上甚至可超越“原装产品”。

以苏黎世大学社会心理学家博托儿特·梅尔为原型，从外观上看，雷克斯拥有人造眼睛、耳朵、手臂、手、臀部、骨骼、膝盖和脚，在身体内部，还有人造头骨、气管、心、肺、肾、胰腺、尿道、动脉和血管。所有这些仿生部件来自全球17家厂商，价值高达100万美元。

把这些部件逐一“肢解”开来看：

胳膊能左右转动26度，比人类“原装”的胳膊活动范围要小很多，但这种人造胳膊允许用户在看到物体的同时，通过两个内置微处理器同步手肘和手掌，及时做出抓握的动作。

仿生眼包括一个植入了芯片的视网膜和一部相机，相机采集图像后，转化为电子信号发送至大脑，再还原为图案。

为了让仿生人能像人类那样走路，工程师们找来了最先进的人造膝盖、臀部、骨骼和脚踝，在电脑的精确计算下，雷克斯不但能模拟出自然步态，还能借助陀螺仪、加速计等，模拟出多种不同环境下的步态。

雷克斯还拥有一颗“大心脏”。这颗人工心脏配备一个重达6公斤的电池，每分钟可以供应9.5升血液，还能消除心律失常，让用户从此不再需要除颤器和免疫抑制药物。

仿生人身上的人造脾也很有意思，能模仿生物脾，快速清除血液感染，目前已投入美国部分重症监护病房使用。另有报道说，美国军方在出资支持人工脾的便携装置，开发成功的话，士兵受伤后，可以先戴上这玩意，以免因为不能及时送医感染脓血症。

同样神奇的，还有雷克斯体内的人造血液，具有和真血一样输送氧气的功能，但在常温下的“保质期”大大长于真血。尽管人造血液目前还没有进入临床应用阶段，但距离造福人类，已经还剩下最后“几步之遥”……

可以说，雷克斯是目前先进仿生部件的“集大成者”，可造出这样一个机器人，究竟有什么用？

科学家们表示，研制仿生人，可以助推人造心脏、肾脏、胰腺、脾脏和其他人造器官的应用与普及，从而缓解器官源稀缺的问题。此外，仿生眼未来可以应用于盲人，人造肌腱可以帮助治疗韧带或肌腱损伤而随着技术的成熟，部分替代品功能上甚至可超越“原装产品”。

不过，话说回来，雷克斯距离“完美仿生人”还早，它还缺少一些关键器官：没有消化系统，没有肝脏，最重要的是，没有大脑。有人说，大脑是仿生人一道“绕不开的槛”，只有等到“雷克斯们”可以不再依赖人类指令，自主完成各种人体机能活动，仿生人技术才算实现了质的进步。

生物打印技术已有所进展

从全球来看，生物打印技术在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚等领域已应用。血管打印已初步实现。其最终的目标，是实现活体器官打印。不过，和仿生技术类似，生物打印技术也才刚起步。对科学家们而言，人体不少组织还是一只只内部运营机制不明的“黑箱”，而如果没有精确的“图纸”，3D打印机再发展也于事无补。

如果放在二三十年前，上面这段对于仿生部件的展望也许会点燃很多科研人员和病患内心的“火焰”，但时至今日，仿生部件的概念听起来已稍微有些“原始”，因为它们容易出现故障、且不能与身体充分融合。

相比之下，以生物3D打印技术为代表的再生医学，似乎更能满足人类的需求。特别对于那些需要器官移植的患者来说，他们无需担心不同机体器官间的排异反应，另一方面，相较于人体器官移植，生物打印器官的成本比较低。

如果把人体各部位根据复杂程度排序，最底部的是牙齿等“无生命”的身体部分，上一层是软骨等简单的活性组织，再往上是血管和皮肤，更复杂些的是心脏、肝脏等各类脏器，最复杂的则是“生命单位”，即具备完整功能的人造生命。

而在业内人士眼里，真正的生物打印，是从使用“生物墨水”打印简单活性组织开始的。

和使用铁粉打印一个小钢珠的原理类似，只不过在生物打印中，铁粉换成由干细胞分化而成的不同类型的细胞，胶水换成不但能够固定形状，还能保护活细胞的生物凝胶。活细胞被一层层凝胶黏好，最终形成一个“支撑母体”，放入培养箱中发育成符合人体移植要求的指定活性组织。

眼下，生物3D打印技术已经取得了一定的成就。

根据网上公开的资料，今年4月，美国一家医学公司使用20层肝实质细胞和肝星状细胞，培育出一小块0.5毫米厚、4毫米见方的微型肝脏，具有真正肝脏的大多数机能。至关重要的是，肝脏内添加了来自血管内壁的细胞，形成一张管道网向肝细胞供应养分和氧气，使这块微型肝脏存活了5天。同样在今年上半年，美国密歇根大学公共医疗中心用3D技术制造了一段人工气管，移植入一位只有6周的患病婴儿体内。

据报道，在日前举行的“浙江大学西湖学术论坛——3D打印产业技术”上，浙江省先进制造技术重点实验室副主任傅建中表示：“从全球来看，生物打印技术在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚等领域已应用。血管打印已初步实现。其最终的目标，是实现活体器官打印。”

不过，和仿生技术类似，生物打印技术也才刚起步。对科学家们而言，人体不少组织还是一只只内部运营机制不明的“黑箱”，而如果没有精确的“图纸”，3D打印机再发展也于事无补。

譬如，人体内复杂的血管系统。某种程度上看，血管系统类似城市下水道，如果不能在打印出的生物组织中铺设周密、合理的血管系统来提供养分、氧气，带走细胞代谢废物，打印出的组织中，活细胞很快就会大量死亡。

走出“模仿怪圈”

仿生技术仅是机器人发展中的一个方向。事实上，为了更好地实现某种用途，大部分机器人，特别是工业机器人，长得完全不像人类。

不过，生物打印技术的迅速发展，并不意味着仿生技术已不再有用武之地。眼下仿生技术还处于“功能弥补”阶段，可随着技术的进步，未来仿生技术将会迈入“功能提升”阶段，使用仿生部件可以大幅增强人体的某项功能，届时，“钢铁侠”或许会从屏幕飞入真实世界。

以人体外骨骼为例，通过截获大脑发布的相关神经电信号并将其转化为外骨骼的运动指令，这项技术可以帮助残疾人重新站立、行走，日本的Cyberdyne等公司也已经研制出了初步的产品。眼下人体外骨骼的研究方向是，如何让用户穿上后可以走得更快、背得更多，把普通人变成“无敌铁金刚”，从而在工程及军事领域发挥作用。

此外，仿生技术也仅是机器人发展中的一个方向。事实上，为了更好地实现某种用途，大部分机器人，特别是工业机器人，长得完全不像人类。

譬如，给电动公交车换蓄电池的机器人，最显眼的主体就是一个巨大的机器手臂。

据统计，目前全球工业机器人装机总量已超过一百多台，主要分布在日、美、德等发达国家，以汽车制造业为例，每万名生产工人占有机器人的数量为，日本1710台、美国770台，中国不到90台。

由于发达国家占据了工业机器人的主导，业内通常将工业机器人分为日系和欧系，日系的主要代表有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司；欧系主要有德国KUKA、CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU，奥地利IGM等公司。

我国工业机器人市场眼下主要集中在航空航天、汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工、电力等行业。目前，国内市场上有5万台左右工业机器人在服役，占全球总量的4.5%，保有量居亚洲第三。

记者从2013年工博会工业机器人展上获悉，目前中国工业机器人的发展还相对不成熟，没有形成产业化的运营模式，主要集中在中低档水平，高端领域机器人普遍依赖进口。另一方面，随着我国产业结构不断调整升级，机器人市场将会进一步扩大。统计显示，2004年以来国内机器人市场年平均增长率超过40%，未来中国将成为全球最大的机器人市场。

业内人士认为，国内机器人企业总体上没有跳出“跟踪模仿”的道路，但由于是跟踪模仿的产品，国内一搞出来，外企马上降价，依旧没有竞争力。因此，目前我国工业机器人要想在国内市场上和外资企业取得有利的竞争位置，就需要在相关核心技术上取得突破，并要具有一定前瞻性，走出跟踪模仿的怪圈。