荷蘭代爾夫特理工大學研究人員把活細胞嵌進功能材料裡，做出一條由藻類和光驅動的“追光”機械臂。這條機械臂表面長著微小藻類，不需要電機和電線，靠光照就能彎曲、抓取和抬起水中的小物體。相關論文發表於最新一期《自然·通訊》。
機械臂執行器本身是一條綠色軟帶，由兩層不同水凝膠疊成，藻細胞附著在外層。它長約2釐米，厚約1毫米，形狀可以按需要改，用來實現不同動作。在研究人員的演示中，軟帶在光照下彎成鉤狀，鉤住橡膠環並提起，也能包住一顆小金屬球。動作不算快，但足夠柔和，適合在水下碰觸易損物件。
“追光”機械臂的驅動力量來自藻類的光合作用。光照開啟後，微藻利用光能把二氧化碳轉化成糖類等細胞內物質，同時利用氮構建自身成分，這些代謝過程會讓水凝膠局部酸鹼度升高。兩層水凝膠對酸鹼變化的膨脹反應不同，一層漲得多、一層漲得少，整條帶子就會朝一側彎。光照關掉後，細胞繼續呼吸消耗產物，二氧化碳回到水裡，酸鹼度下降，水凝膠回縮，不到10秒機械臂就開始往反方向彎。也就是說，亮燈和熄燈分別對應一次來回動作。
這套系統的特別之處在於對活體材料的應用。藻類能靠光自己維持代謝，不需要持續外部供電，適合用於長期、低能耗、對環境有響應的軟機器人，比如水下輕操作，或仿生裝置裡隨光變形的葉片、遮陽板、農業支架等。
該項目初衷是要驗證把活細胞嵌進功能材料裡，看看能推動什麼行為。最終研究人員目睹了微生物代謝被轉化成機械運動——合成材料不再只是被動受控，而是藉著藻類的生理節奏動起來。
研究人員也強調，這次還只是概念驗證，機械臂目前形狀簡單，負載也很小。接下來，他們將進一步放大機械臂的負載能力、壽命和光照控制能力。
【總編輯圈點】
生物體本身宛如一座座“能量工廠”：人體將攝入的各種食物轉化為能量，從而支撐從呼吸到奔跑等一系列生命活動；藻類則通過光合作用，將光能轉化為生物能，維持自身的新陳代謝。這項研究可謂腦洞大開——藉助藻類這座迷你“能量工廠”的新陳代謝過程，驅動機械能的運轉。這一奇思妙想說明，天然存在的生物能未必只可供生物體使用，也可以轉化為機械設備的外部動力。生物能與機械能跨界融合，未來有望誕生更加豐富的應用場景。
（原標題為《由藻類和光驅動的機械臂製成 能彎曲、抓取和抬起水中物體》）
來源：澎湃新聞
