或許在不久的將來，我們餐桌上的海鮮殼，真的能變成執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的機(jī)器人。這種"變廢為寶"的創(chuàng)新，讓人不得不感嘆科技的神奇。

機(jī)器人還能用海鮮殼來造？

沒錯(cuò)，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的科學(xué)家們真的這么干了。他們直接把廢棄的海螯蝦（langoustine）外殼集成到了機(jī)器人裝置中，造出了能抓取物體、能推動(dòng)游泳的生物混合型機(jī)器人。

這項(xiàng)研究來自EPFL工程學(xué)院的計(jì)算機(jī)器人設(shè)計(jì)與制造實(shí)驗(yàn)室（CREATE Lab），成果近日發(fā)表在了材料科學(xué)領(lǐng)域的頂尖期刊《Advanced Science》上。

傳統(tǒng)機(jī)器人基本都是金屬、塑料和復(fù)合材料制成，即便是仿生機(jī)器人，用的也還是人造材料。但這次，研究團(tuán)隊(duì)反其道而行之，直接把生物材料——海鰲蝦腹部的外骨骼作為機(jī)器人的核心部件。

實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Josie Hughes表示，將生物元素與合成部件結(jié)合，不僅能提升機(jī)器人性能，還能支持可持續(xù)技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展。

▍蝦殼為啥能造機(jī)器人

甲殼類動(dòng)物的外骨骼可不簡(jiǎn)單。

研究團(tuán)隊(duì)解釋，外骨骼結(jié)合了礦化的外殼和關(guān)節(jié)膜，在剛性和柔性之間達(dá)到了平衡。這種結(jié)構(gòu)讓每個(gè)節(jié)段都能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，使甲殼類動(dòng)物能在水中進(jìn)行快速、高扭矩的運(yùn)動(dòng)。

而這些特性，恰恰是機(jī)器人所需要的。

更妙的是，通過重新利用食物垃圾，研究人員提出了一個(gè)可持續(xù)的循環(huán)設(shè)計(jì)流程——材料可以被回收并用于新任務(wù)。

具體怎么做的呢？

研究團(tuán)隊(duì)在海鰲蝦外骨骼內(nèi)部嵌入彈性體來控制每個(gè)節(jié)段，然后將其安裝在電動(dòng)底座上，以調(diào)節(jié)其剛度響應(yīng)（伸展和彎曲）。最后，他們用硅膠涂層覆蓋外骨骼，以加固并延長(zhǎng)其使用壽命。

這樣改造后的生物混合機(jī)器人，展現(xiàn)出了令人驚訝的能力。

▍抓取、搬運(yùn)、推動(dòng)游泳樣樣行

基于這種設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)展示了三種機(jī)器人應(yīng)用。

首先是機(jī)械手應(yīng)用。當(dāng)安裝在電動(dòng)底座上時(shí)，這個(gè)裝置可以移動(dòng)重達(dá)500克的物體到目標(biāo)區(qū)域。要知道，這個(gè)重量已經(jīng)相當(dāng)可觀了——大約相當(dāng)于一瓶礦泉水的重量。

其次是抓取應(yīng)用。將兩個(gè)外骨骼組合成一對(duì)夾持器后，它們可以成功抓取各種大小和形狀的物體，從熒光筆到番茄都沒問題。這種適應(yīng)性對(duì)機(jī)器人來說相當(dāng)重要。

最令人驚奇的是游泳應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)用兩個(gè)外骨骼制作了拍打式的"鰭"，推動(dòng)游泳機(jī)器人以每秒11厘米的速度前進(jìn)。雖然速度不算快，但證明了生物材料在水下機(jī)器人領(lǐng)域的潛力。

值得一提的是，這套系統(tǒng)還具有可回收性。使用后，外骨骼和機(jī)器人底座可以分離，大部分合成部件都可以重復(fù)使用。

論文第一作者、CREATE實(shí)驗(yàn)室研究員Sareum Kim表示："據(jù)我們所知，我們是第一個(gè)提出將食物殘?jiān)系綑C(jī)器人系統(tǒng)中的概念驗(yàn)證，將可持續(xù)設(shè)計(jì)與重復(fù)使用和回收相結(jié)合。"

▍生物材料造機(jī)器人，挑戰(zhàn)與前景并存

當(dāng)然，這種方法也面臨著挑戰(zhàn)。

最大的限制在于生物結(jié)構(gòu)的天然差異性。比如，每只海鰲蝦尾巴的形狀都是獨(dú)一無二的，這意味著雙"指"夾持器的兩側(cè)彎曲程度會(huì)略有不同。

研究人員表示，要解決這個(gè)問題，需要開發(fā)更先進(jìn)的合成增強(qiáng)機(jī)制，比如可調(diào)控制器。

盡管存在挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)未來充滿信心。他們認(rèn)為，隨著技術(shù)改進(jìn)，整合生物衍生結(jié)構(gòu)元素的系統(tǒng)將大有可為，比如應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)植入物或生物系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

Hughes總結(jié)道："雖然大自然并不一定提供最優(yōu)形態(tài)，但它在許多方面仍然優(yōu)于人工系統(tǒng)，并為基于優(yōu)雅原理設(shè)計(jì)功能性機(jī)器提供了寶貴見解。"

這項(xiàng)研究的意義不僅在于技術(shù)創(chuàng)新。在全球面臨環(huán)境挑戰(zhàn)的今天，將廢棄生物材料轉(zhuǎn)化為高科技產(chǎn)品，無疑為可持續(xù)發(fā)展提供了新思路。