人工水凝膠的突破，讓制造一個人比復制一個人更有興奮點

文|魏啟揚

來源|智能相對論（aixdlun）

從1984年《終結者1》上映到2015年《終結者：創世紀》，好萊塢用30年的時間，創造了“終結者”這個超級IP。這一系列電影帶給我們最為震撼的莫過于其中外表與真人無異，但能力卻大大超出想象的機器人，它們在鋼鐵構筑骨架的支持下，在超級電腦的通聯幫助下，不光擁有人類的智慧與意識，更加成為一個個不死的戰士。

電影照進現實，未來的機器人真能像“終結者”那么強大？真的可以做到與人類外表無一？這兩個問題在昨天看來，回答起來或許還需謹慎，但是今天，隨著水凝膠編程技術被開發出來，這兩個問題的答案在我們心中已經明晰起來。

根據最新一期《自然?通信》報道，美國德克薩斯大學阿靈頓分校（UTA）研究人員開發出一種新方法，可對二維（2D）水凝膠進行編程，使其以空間和時間可控的方式進行擴展和收縮，形成復雜的3D形狀，并實現運動。研究人員表示，目前該技術的最大應用在于可能改變柔性工程系統或設備的設計和制作方式。但當我們對水凝膠有了更加深入的了解之后，我們對未來的生物機器人、仿生機器人的發展有了更大的想象空間。

三問水凝膠：你是誰？你在哪兒？你去干什么？

我們在迷茫的時候，常常會自問自己：我是誰？我在哪兒？我去干什么？這三個問題同樣適用于水凝膠，這是一種什么樣的膠？它有什么過“膠”之處？憑什么說它就是改變生物機器人發展的關鍵？

根據百度百科的釋義：水凝膠（Hydrogel）是以水為分散介質的凝膠。具有網狀交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水殘基，親水殘基與水分子結合，將水分子連接在網狀內部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯聚合物。是一種高分子網絡體系，性質柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。

如果將上面這段話精簡，用通俗的話再描述一遍，那就是：水凝膠是一種能吸收并保持大量水分又不會溶解于水的親水性網狀高分子溶脹體。我們平時吃的果凍，敷的部分面膜，都跟它有關。水凝膠還廣泛應用于其他領域，比如：干旱地區的抗旱；醫藥行業的退熱貼、鎮痛貼；農業領域的農用薄膜；建筑中的結露防止劑、調濕劑；石油化工中的堵水調劑，原油或成品油的脫水；在礦業中的抑塵劑；食品中的保鮮劑、增稠劑等等。

能讓我們相信水凝膠技術會成為仿生機器人的關鍵一環在于其在生物醫學領域的神奇應用和快速發展。

2013年，美國約翰·霍普金斯大學醫學院報告稱，他們開發出的水凝膠生物材料，在軟骨修復手術中將其注入骨骼小洞，能幫助刺激病人骨髓產生干細胞，長出新的軟骨。在臨床試驗中，新生軟骨覆蓋率達到86%，術后疼痛也大大減輕。

2015年，加拿大一個研究團隊發表報告，水凝膠不僅有利于干細胞（Stem cell）移植，也可加速眼睛與神經損傷的修復。同年，美國加州大學圣迭戈分校的納米科學工程師研發出含有能夠吸附細菌毒素的納米海綿水凝膠。在不使用抗生素的情況下，這種“納米海綿水凝膠”能夠把被抗藥性金黃色葡萄球菌感染的小鼠皮膚上的損傷減小到最小。

2017年，新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）和卡內基梅隆大學（Carnegie Mellon University）合作，研發出能長成像動物或植物組織一樣的結構和形狀的水凝膠。

進入到2018年，科學家已經可以制造出人造肌肉，還能3D打印心臟，只是現有的水凝膠還不能很好的模仿生物組織的生長模式以及柔軟的肌肉組織與剛硬的骨骼之間的互動模式。

所有的局限在人工水凝膠編程技術之下，都變得開闊起來。

讓仿生機器人迷茫的第四階段

在人工智能的風潮之下，馬斯克在2017年的迪拜世界政府首腦會議上放出了“人應該與機器結合，變成半機器人”的驚世言論。看似天馬行空，其實其背后有著縝密的科學依據——仿生機器人已經進入第三階段，未來或將有新的突破。讓馬斯克沒有預料到的是，這個突破可能會比他預想的要早一些，畢竟人類對于仿生機器人的研究已經接近2000年。

早在三國時期，諸葛亮發明的運輸工具木牛流馬就是仿生機器人的最早雛形，直至計算機技術的出現，仿生機器人的發展這才進入到快車道。正如《仿生機器人研究現狀與發展趨勢》中提到的，迄今為止仿生機器人已經經歷了三個階段。

第一階段是漫長的原始探索時期，也是仿生機器人的混沌時期。這一階段主要是生物原型的原始模仿，如原始的飛行器，模擬鳥類的翅膀撲動，所有的機器動力都是靠人力驅動。1893年，Rygg設計出機械木馬；1485年達芬奇模仿鳥類飛行，設計出撲翼飛行器……這些都是先人們在仿生機器人的原始階段的探索成果。

至20世紀中后期，由于計算機技術的出現以及驅動裝置的革新，仿生機器人進入到第二個階段，宏觀仿形與運動仿生階段。該階段主要是利用機電系統實現諸如行走、跳躍、飛行等生物功能，并實現了一定程度的人為控制。其實，讓機器人“站起來”容易，可讓它們“走起來”，我們實際上是花了很長一段時間。20世紀60年代，日本早稻田大學研制的WAP、WL以及WABOT系列機器人僅僅只是在特定的條件下，讓機器人實現了基本的行走功能；20年過去了，美籍華人鄭元芳博士才在1986年研制出的美國第一臺雙足步行機器人SD-1以及其改進版SD-2。期間的歷程可謂艱辛。

進入21世紀，隨著人類對生物系統功能特征、形成機理認識的不斷深入，以及計算機技術的發展，仿生機器人進入了第三個階段，機電系統開始與生物性能進行部分融合，如傳統結構與仿生材料的融合以及仿生驅動的運用。于是，我們可以看到機器人們不光會走，還會跑、會跳了，機器人在運動的過程中，能夠獲取外界的環境信息進行分析處理躲避障礙，甚至在被人推倒時還會執行自我保護機制。2013年美國波士頓動力公司研制的“Petman”甚至還能調控自身的體溫、濕度和排汗量來模擬人類生理學中的自我保護功能，在一定程度上已經具有了人類的生理特性。

但這一切都距離《終結者》系列電影中的“終結者”相去甚遠，甚至連馬斯克所說的“人與機器進行結合”都存在巨大的認知差距。

仿生機器人描繪中的第四階段為，結構與生物特性一體化的類生命系統，強調仿生機器人不僅具有生物的形態特征和運動方式，同時具備生物的自我感知、自我控制等性能特性，更接近生物原型。可在第三階段徘徊了許久，仿生機器人的第四階段始終無法邁出更大步伐，直至AI的興起和人工水凝膠編程技術的重大突破，這才讓我們對仿生機器人充滿了巨大的想象空間。AI為“腦”，人工水凝膠則賦予機器人無限可能的外表，甚至永生不滅的軀殼。用“完美”二字對此形容并不為過。

復制一個“你”，或者制造一個“她”

目前，仿生機器人逐漸在反恐防暴、探索太空、搶險救災等不適合由人來承擔的任務環境中顯現出良好的應用前景。對于可期的未來，仿生機器人還能做什么呢？智能相對論主筆魏啟揚認為，最令人期待的是兩點。

首先，可能是復制一個“你”。就如我們在武俠小說中經常看到的易容術那樣，復制出一個與你一模一樣的兄弟或者姐妹。只是你為A面，擁有血肉之軀；它為B面，內里還是鋼鐵機器。這樣的一個“你”可以代替你去做你不想去或者受某種條件的限制，而又不得不去做的一些事情，比如上課、工作甚至是社交。這看起來似乎有些荒謬，但誰又知道，明天在地鐵里向你搭訕的那個美女是不是個機器人呢？對比著互聯網剛剛起步時，常掛在我們嘴邊的那句：沒人知道在屏幕后面的你是不是一條狗。

相比于復制一個“你”，制造一個“她”可能更會讓人興奮些。沉迷于“二次元”無法自拔的“中二”青年，每天在1024中解決自己生理需求的死宅，他們只需為自己理想中的“她”列出幾個關鍵詞，在AI和人工水凝膠的加持下，你們心目中的“女神”分分鐘就會降臨在你身旁。如果想象再寬廣一些，古老而又傳統的色情業是否也將因此革新？畫面實在太美不敢多看。在明天，或許人與機器人結婚不再是新聞與話題，而在今天，我卻在考慮，購物車中已經存了半年的充氣娃娃到底買，還是不買呢？

【完】

智能相對論（微信id:aixdlun）：深挖人工智能這口井，評出咸淡，講出黑白，道出深淺。重點關注領域：AI+醫療、機器人、智能駕駛、AI+硬件、物聯網、AI+金融、AI+安全、AR/VR、開發者以及背后的芯片、算法、人機交互等。