超硬核！生物混合机器人已来，碳基生命与硅基生命如何有机融合？

2025-03-23 17:10:45媒体滚动

转自：上观新闻

还记得科幻电影《攻壳机动队》中，由人类大脑和机械身体构成的女主角吗？“她”正是生物混合机器人的一种极致呈现。

由蜻蜓改造的无人机、调控小鼠葡萄糖的生物电子药物……这些都是广义的生物混合机器人。作为一个新兴研究领域，生物混合机器人是指将植物、动物和真菌细胞与合成材料相结合的机器人。

早在2018年，国际权威学术期刊《科学・机器人学》就认为，生物混合机器人是未来机器人发展的十大挑战之一。

生物混合机器人有何应用场景？碳基生命与硅基生命如何有机融合？3月22日下午，2025浦江创新论坛前沿与交叉创新专题论坛“生物混合机器人”专场在华东师范大学举办。

【突破生命和非生命之间界限】

“生物和机器能否结合在一起？我们想突破生命和非生命体系之间的界限，让两者进行对话和融合。”华东师范大学生命科学学院副院长叶海峰说。日前，他们研发的近红外光控制的溶瘤细菌机器人药物，实现了对小鼠实体瘤细胞的精准杀伤。

碳基生命的特点是，具有高能量转化率、能够自我修复、与环境互动能力强、具有卓越适应性能。而硅基生命的特点是，具有极高精度控制、可复杂作业、标准化可编程、极端耐受性。

如何实现碳基生命与硅基生命的强强联合？“比如生物能源+机械执行，机械监测+生物治疗，生物感知+机器接口，AI驱动+细胞行为，都是可以脑洞大开的方向。”

在叶海峰看来，生物混合机器人的未来前景广阔。从医疗领域的人体内驻留式诊疗微机器人，到环保领域的海洋塑料清理柔性机器人等等，都大有可为。

“当然，现有细胞机器人药物存在的局限也不少，遥控车式操作尚未发展为自动驾驶级响应。”叶海峰说，药物的递送与控制相割裂，不够精准；缺乏对病理信号的直接响应，不够智能；无法实时检测动态调整，不够灵活。

【从缸中之脑到片上脑】

“希拉里·普特南曾经在1981年提出过一个假想——缸中之脑，将人脑放在一个充满营养的缸中，相连接的计算机可以向它输入视觉、听觉、嗅觉，《黑客帝国》就是受到了缸中之脑的启发。”来自天津大学医学院的李晓红教授，介绍了所在的明东教授团队受到缸中之脑启发而研制的全球首个片上脑机接口智能交互系统。

现实中不可能真的将人脑取出来，这就需要体外培养一个“大脑”。片上脑机接口是指体外培养的生物“大脑”与电极芯片耦合形成片上脑，通过解码技术和刺激-反馈系统，实现其与外界进行信息交互和智能控制。团队体外开发了全链条、可开源片上脑智能交互系统，实现了片上脑对机器人避障、跟踪、抓取等无人控制任务；体内建立了类器官-脑-机接口应用平台，实现了靶向环路整合和神经功能修复。

作为脑机接口的新兴分支，片上脑机接口和经典脑机接口有何区别与联系？“它们的基本原理一样，都通过编解码和刺激反馈，也都是调节生物语言和机器语言，最大不同在于经典脑接口用的是人或动物真实的大脑，而片上脑接口用的是体外培养的生物大脑，这是它们最不一样的地方。”李晓红说。

据介绍，该团队目前基于片上脑机接口，正在开发片上脑智能、片上脑再生的潜能，以期应用在类脑计算、无人控制、医疗康复等领域，形成碳基和硅基融合的生命体。

“随着训练的进行，片上脑对空间及时空刺激模式的分类正确率提升，表现出了学习记忆能力。”李晓红说，相较人工智能，片上脑具有轻能耗优势，有望推动智能科学发展。

谈及片上脑未来的研究思路，李晓红表示，该团队正致力于实现信息引导下的干细胞靶向整合和功能修复，“我们希望早期借助脑机接口，晚期不依赖脑机接口，最终依靠干细胞实现功能修复。”

【上海加快未来产业全链条布局】

解放日报记者注意到，此次论坛吸引了不少产业界和投资界人士，他们迫不及待地在论坛讨论环节就开始与科学家对接。

多学科跨界交叉研究，正为科技与产业创新不断带来变革性突破和全新发展机遇。上海市科委副主任屈炜在论坛致辞中表示，上海正加快开展未来产业全链条布局，围绕脑机接口、量子计算、6G等细分赛道出台了相关培育方案。生物混合机器人是生命科学、工程学、材料科学、计算机科学等多学科深度交叉的前沿领域典型代表，可以充分发挥生物系统和软硬件的互补优势。

这也就可以理解，为何此次论坛特别突出生物混合机器人产品视角，以产品和应用落地为导向，探讨生物混合机器人未来产业应用场景和重大命题。

据悉，本次论坛是浦江创新论坛2025年会议季活动中首场以研讨为主要形式，鼓励不同领域交叉和思想碰撞的专题论坛，也是上海市科委有组织推动前沿与交叉技术领域创新的一次新探索。