上海超前布局“生物混合机器人”，引导科学家探索前沿交叉新范式

你听说过“生物混合机器人”吗？这是一种将生命系统与机电系统有机融合的机器人形态，兼具高能量转换效率、强适应性、自我修复功能、环境交互功能等生物特性和高精度控制、复杂任务执行能力、可批量制造等机电优势，是机器人未来发展的新范式。近日，上海市科委发布“先锋者计划”（生物混合机器人主题）项目申报指南，引起很多科研人员的关注。

“多学科与前沿技术交叉，是这个项目的最大特点。”华东师范大学生命科学学院副院长叶海峰研究员说，“据了解，很多高校科研人员想通过跨学科合作申报这个项目，竞争会非常激烈。”

“先锋者计划”生物混合机器人主题的设立，源于市科委建立的全球前沿科技动态扫描机制。相关研究团队发现，美国、以色列、日本和新加坡等国家的多所高校在研究生物混合机器人。为引导上海科学家探索这一前沿交叉领域，定位于早期技术筛选和概念验证的“先锋者计划”应时而生。

扫描全球前沿科技，加速试错

市科委介绍，“先锋者计划”将不定期遴选主题并发布项目申报指南，生物混合机器人是这项计划的首个主题。全程配合市科委设计项目的上海市科学学研究所吴文伟博士说，近年来，全球科技创新呈现出一种新趋势——技术生命周期变短，技术突破频率加快，技术复杂度增大，导致技术发展存在高度不确定性，节奏较慢的传统科研模式已难以适应这种趋势。因此，有必要在科技项目布局中采取加速试错、动态优化的策略，分散布局高风险高回报项目，主动应对未来技术的不确定性。

生物混合机器人就是一个研发风险高，但有很大应用潜力的技术方向。全球前沿科技动态扫描显示：在美国，哈佛大学和埃默里大学利用人类心脏细胞制造出生物混合机器鱼，其肌肉收缩强度、肌肉协调性和游泳速度随心肌细胞的成熟而提升，最终达到与野生斑马鱼相近的性能水平。在日本，东京大学和早稻田大学开发出含有肌肉纤维的生物混合机械手，它受电流刺激后可抓取、移动物体并做出复杂手势。在新加坡，南洋理工大学研制的“半机械蟑螂”已用于地震救援。它们是经过改造的马达加斯加发声蟑螂，携带热成像相机、导航传感器和无线通信设备，能进入废墟缝隙搜寻被困者。

南洋理工大学研制的“半机械蟑螂”（来源：Hirotaka Sato课题组网站）

基于全球扫描，上海市科学学研究所认为，生物混合机器人具有变革性，未来有望应用于工业制造、医学诊断与治疗、灾害救援、未知地形探索、环境污染治理等领域，可开展前瞻性立项布局。

“这个专项的执行期限是一年，每项资助额度不超过100万元，根据里程碑节点验收情况分批拨付，体现了加速试错、动态优化的特点。”吴文伟说，“如果项目研发失败，政府可及时刹车止血；如果研发取得阶段性成果，政府可采取梯次接力策略，让科研团队获得后续支持，把实验室成果转化为产品，加速培育未来产业。”

指南开放，吸引科学家广泛参与

在流程设计上，“先锋者计划”也有创新之处。它的项目征集时间长达6个月，根据项目申报情况每1—2个月组织一次评审和立项，让科研人员有充足的时间准备，组建申报项目的学科交叉团队。在项目评审上，采用“摘要筛选+会议评审”方式。为减轻申请者负担，摘要篇幅限定在5页，要求凸显应用场景和创新亮点。通过摘要筛选后，项目团队须提交可行性方案，接受一轮会议评审。

作为参与项目策划的科学家，叶海峰回忆：“今年春节假期刚过完，我就接到电话，通知我当天晚上6点到市科委开会，讨论生物混合机器人。”此后，他作为论坛主席，负责筹备了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。这场3月举行的论坛邀请到全国各地的多位相关领域科学家以及产业界、投资界人士，通过研讨，明确了“先锋者计划”（生物混合机器人主题）项目申报指南的基础内容。

这份项目指南规定，生物混合机器人应满足三个条件：由生物组件（组织、器官、微生物等）与非生物组件（机电系统、合成材料等）融合形成的智能系统；包含传感器、处理器和执行器等基本功能单元；具备自主或半自主的环境交互功能。

指南设立了两个专题方向，包含活体组织驱动的机器人、生物器官增强的机器人、半生物半机器人、微生物或细胞机器人以及多个关键核心技术攻关课题。“这份指南写得很开放，预计会收到很多项目申请书。”叶海峰说。

推动跨学科合作，培育未来产业

在叶海峰看来，开发生物组件与非生物组件混合的接口，是生物混合机器人项目的一大技术难点。随着脑机接口技术的兴起，人们看到了碳基生命与硅基器件对接的巨大潜力。近年来，叶海峰团队找到了光遗传学这个接口，将光控系统与电子软件工程技术结合，开发出一种通过智能手机无线远程调控“光控定制细胞”基因表达的装置。在糖尿病小鼠实验中，他们用手机APP调控“光控定制细胞”表达胰岛素，达到了降低血糖的效果。

糖尿病小鼠实验示意图（来源：叶海峰课题组）

“我打算和上海交通大学研究员刘尽尧合作，联合申报生物混合机器人项目。”华东师范大学副研究员管宁子告诉记者，她在研制一种“特工益生菌”，这种益生菌经过基因线路改造，有望治疗代谢性疾病。益生菌通过口服进入人体后，80%以上会被胃酸杀死，如何保护它们活着进入肠道，并在蠕动的肠道内定植较长时间？刘尽尧团队研制的纳米材料可制成微生物“防护服”。这种非生物组件与益生菌融合后，有望开发成口服型智能活体药物，让穿上“防护服”的“特工益生菌”既能防御胃酸攻击，又能在肠道定植，通过精准控制药物释放，实现对代谢性疾病的长期有效控制。

在“先锋者计划”的推动下，这种正在酝酿的跨学科合作还有很多。吴文伟介绍，生物混合机器人领域涉及生命科学、控制学、微机电系统、微纳加工技术、人工智能、新兴材料等多个学科与前沿技术，通过前瞻性立项布局，可以激发这些学科专家的合作积极性，引导他们探索前沿交叉新范式。研发出原型产品后，这些项目成果将接受技术可行性、市场可行性验证，为培育未来产业奠定基础。

原标题：《上海超前布局“生物混合机器人”，引导科学家探索前沿交叉新范式》

栏目主编：黄海华

本文作者：解放日报 俞陶然