人工水凝膠的突破，讓制造一個(gè)人比復(fù)制一個(gè)人更有興奮點(diǎn)

原標(biāo)題：人工水凝膠的突破，讓制造一個(gè)人比復(fù)制一個(gè)人更有興奮點(diǎn)

文|魏?jiǎn)P(yáng)

來(lái)源|智能相對(duì)論（aixdlun）

從1984年《終結(jié)者1》上映到2015年《終結(jié)者：創(chuàng)世紀(jì)》，好萊塢用30年的時(shí)間，創(chuàng)造了“終結(jié)者”這個(gè)超級(jí)IP。這一系列電影帶給我們最為震撼的莫過(guò)于其中外表與真人無(wú)異，但能力卻大大超出想象的機(jī)器人，它們?cè)阡撹F構(gòu)筑骨架的支持下，在超級(jí)電腦的通聯(lián)幫助下，不光擁有人類(lèi)的智慧與意識(shí)，更加成為一個(gè)個(gè)不死的戰(zhàn)士。

電影照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，未來(lái)的機(jī)器人真能像“終結(jié)者”那么強(qiáng)大？真的可以做到與人類(lèi)外表無(wú)一？這兩個(gè)問(wèn)題在昨天看來(lái)，回答起來(lái)或許還需謹(jǐn)慎，但是今天，隨著水凝膠編程技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，這兩個(gè)問(wèn)題的答案在我們心中已經(jīng)明晰起來(lái)。

根據(jù)最新一期《自然?通信》報(bào)道，美國(guó)德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校（UTA）研究人員開(kāi)發(fā)出一種新方法，可對(duì)二維（2D）水凝膠進(jìn)行編程，使其以空間和時(shí)間可控的方式進(jìn)行擴(kuò)展和收縮，形成復(fù)雜的3D形狀，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。研究人員表示，目前該技術(shù)的最大應(yīng)用在于可能改變?nèi)嵝怨こ滔到y(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計(jì)和制作方式。但當(dāng)我們對(duì)水凝膠有了更加深入的了解之后，我們對(duì)未來(lái)的生物機(jī)器人、仿生機(jī)器人的發(fā)展有了更大的想象空間。

三問(wèn)水凝膠：你是誰(shuí)？你在哪兒？你去干什么？

我們?cè)诿悦５臅r(shí)候，常常會(huì)自問(wèn)自己：我是誰(shuí)？我在哪兒？我去干什么？這三個(gè)問(wèn)題同樣適用于水凝膠，這是一種什么樣的膠？它有什么過(guò)“膠”之處？憑什么說(shuō)它就是改變生物機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵？

根據(jù)百度百科的釋義：水凝膠（Hydrogel）是以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分疏水基團(tuán)和親水殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯(lián)聚合物。是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)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(jiǎn)，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(huì)溶解于水的親水性網(wǎng)狀高分子溶脹體。我們平時(shí)吃的果凍，敷的部分面膜，都跟它有關(guān)。水凝膠還廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，比如：干旱地區(qū)的抗旱；醫(yī)藥行業(yè)的退熱貼、鎮(zhèn)痛貼；農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的農(nóng)用薄膜；建筑中的結(jié)露防止劑、調(diào)濕劑；石油化工中的堵水調(diào)劑，原油或成品油的脫水；在礦業(yè)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(shù)會(huì)成為仿生機(jī)器人的關(guān)鍵一環(huán)在于其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的神奇應(yīng)用和快速發(fā)展。

2013年，美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院報(bào)告稱(chēng)，他們開(kāi)發(fā)出的水凝膠生物材料，在軟骨修復(fù)手術(shù)中將其注入骨骼小洞，能幫助刺激病人骨髓產(chǎn)生干細(xì)胞，長(zhǎng)出新的軟骨。在臨床試驗(yàn)中，新生軟骨覆蓋率達(dá)到86%，術(shù)后疼痛也大大減輕。

2015年，加拿大一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表報(bào)告，水凝膠不僅有利于干細(xì)胞（Stem cell）移植，也可加速眼睛與神經(jīng)損傷的修復(fù)。同年，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的納米科學(xué)工程師研發(fā)出含有能夠吸附細(xì)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(xué)（NTU Singapore）和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）合作，研發(fā)出能長(zhǎng)成像動(dòng)物或植物組織一樣的結(jié)構(gòu)和形狀的水凝膠。

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

所有的局限在人工水凝膠編程技術(shù)之下，都變得開(kāi)闊起來(lái)。

讓仿生機(jī)器人迷茫的第四階段

在人工智能的風(fēng)潮之下，馬斯克在2017年的迪拜世界政府首腦會(huì)議上放出了“人應(yīng)該與機(jī)器結(jié)合，變成半機(jī)器人”的驚世言論?？此铺祚R行空，其實(shí)其背后有著縝密的科學(xué)依據(jù)——仿生機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入第三階段，未來(lái)或?qū)⒂行碌耐黄啤Ｗ岏R斯克沒(méi)有預(yù)料到的是，這個(gè)突破可能會(huì)比他預(yù)想的要早一些，畢竟人類(lèi)對(duì)于仿生機(jī)器人的研究已經(jīng)接近2000年。

早在三國(guó)時(shí)期，諸葛亮發(fā)明的運(yùn)輸工具木牛流馬就是仿生機(jī)器人的最早雛形，直至計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，仿生機(jī)器人的發(fā)展這才進(jìn)入到快車(chē)道。正如《仿生機(jī)器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)》中提到的，迄今為止仿生機(jī)器人已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)階段。

第一階段是漫長(zhǎng)的原始探索時(shí)期，也是仿生機(jī)器人的混沌時(shí)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(niǎo)類(lèi)的翅膀撲動(dòng)，所有的機(jī)器動(dòng)力都是靠人力驅(qū)動(dòng)。1893年，Rygg設(shè)計(jì)出機(jī)械木馬；1485年達(dá)芬奇模仿鳥(niǎo)類(lèi)飛行，設(shè)計(jì)出撲翼飛行器……這些都是先人們?cè)诜律鷻C(jī)器人的原始階段的探索成果。

至20世紀(jì)中后期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)以及驅(qū)動(dòng)裝置的革新，仿生機(jī)器人進(jìn)入到第二個(gè)階段，宏觀仿形與運(yùn)動(dòng)仿生階段。該階段主要是利用機(jī)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)諸如行走、跳躍、飛行等生物功能，并實(shí)現(xiàn)了一定程度的人為控制。其實(shí)，讓機(jī)器人“站起來(lái)”容易，可讓它們“走起來(lái)”，我們實(shí)際上是花了很長(zhǎng)一段時(shí)間。20世紀(jì)60年代，日本早稻田大學(xué)研制的WAP、WL以及WABOT系列機(jī)器人僅僅只是在特定的條件下，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了基本的行走功能；20年過(guò)去了，美籍華人鄭元芳博士才在1986年研制出的美國(guó)第一臺(tái)雙足步行機(jī)器人SD-1以及其改進(jìn)版SD-2。期間的歷程可謂艱辛。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人類(lèi)對(duì)生物系統(tǒng)功能特征、形成機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷深入，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿生機(jī)器人進(jìn)入了第三個(gè)階段，機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)始與生物性能進(jìn)行部分融合，如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與仿生材料的融合以及仿生驅(qū)動(dòng)的運(yùn)用。于是，我們可以看到機(jī)器人們不光會(huì)走，還會(huì)跑、會(huì)跳了，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，能夠獲取外界的環(huán)境信息進(jìn)行分析處理躲避障礙，甚至在被人推倒時(shí)還會(huì)執(zhí)行自我保護(hù)機(jī)制。2013年美國(guó)波士頓動(dòng)力公司研制的“Petman”甚至還能調(diào)控自身的體溫、濕度和排汗量來(lái)模擬人類(lèi)生理學(xué)中的自我保護(hù)功能，在一定程度上已經(jīng)具有了人類(lèi)的生理特性。

但這一切都距離《終結(jié)者》系列電影中的“終結(jié)者”相去甚遠(yuǎn)，甚至連馬斯克所說(shuō)的“人與機(jī)器進(jìn)行結(jié)合”都存在巨大的認(rèn)知差距。

仿生機(jī)器人描繪中的第四階段為，結(jié)構(gòu)與生物特性一體化的類(lèi)生命系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)仿生機(jī)器人不僅具有生物的形態(tài)特征和運(yùn)動(dòng)方式，同時(shí)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(jī)器人的第四階段始終無(wú)法邁出更大步伐，直至AI的興起和人工水凝膠編程技術(shù)的重大突破，這才讓我們對(duì)仿生機(jī)器人充滿了巨大的想象空間。AI為“腦”，人工水凝膠則賦予機(jī)器人無(wú)限可能的外表，甚至永生不滅的軀殼。用“完美”二字對(duì)此形容并不為過(guò)。

復(fù)制一個(gè)“你”，或者制造一個(gè)“她”

目前，仿生機(jī)器人逐漸在反恐防暴、探索太空、搶險(xiǎn)救災(zāi)等不適合由人來(lái)承擔(dān)的任務(wù)環(huán)境中顯現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。對(duì)于可期的未來(lái)，仿生機(jī)器人還能做什么呢？智能相對(duì)論主筆魏?jiǎn)P(yáng)認(rèn)為，最令人期待的是兩點(diǎn)。

首先，可能是復(fù)制一個(gè)“你”。就如我們?cè)谖鋫b小說(shuō)中經(jīng)?？吹降囊兹菪g(shù)那樣，復(fù)制出一個(gè)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(nèi)里還是鋼鐵機(jī)器。這樣的一個(gè)“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(lái)似乎有些荒謬，但誰(shuí)又知道，明天在地鐵里向你搭訕的那個(gè)美女是不是個(gè)機(jī)器人呢？對(duì)比著互聯(lián)網(wǎng)剛剛起步時(shí)，常掛在我們嘴邊的那句：沒(méi)人知道在屏幕后面的你是不是一條狗。

相比于復(fù)制一個(gè)“你”，制造一個(gè)“她”可能更會(huì)讓人興奮些。沉迷于“二次元”無(wú)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(gè)關(guān)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(huì)降臨在你身旁。如果想象再寬廣一些，古老而又傳統(tǒng)的色情業(yè)是否也將因此革新？畫(huà)面實(shí)在太美不敢多看。在明天，或許人與機(jī)器人結(jié)婚不再是新聞與話題，而在今天，我卻在考慮，購(gòu)物車(chē)中已經(jīng)存了半年的充氣娃娃到底買(mǎi)，還是不買(mǎi)呢？

【完】

智能相對(duì)論（微信id:aixdlun）：深挖人工智能這口井，評(píng)出咸淡，講出黑白，道出深淺。重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域：AI+醫(yī)療、機(jī)器人、智能駕駛、AI+硬件、物聯(lián)網(wǎng)、AI+金融、AI+安全、AR/VR、開(kāi)發(fā)者以及背后的芯片、算法、人機(jī)交互等。

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