美国DARPA推进生物混合机器人概念研究

在当前技术迅猛发展的背景下，机器人技术正逐步向更高的智能化和适应性迈进。然而，传统的全合成机器人在复杂多变的环境中仍面临诸多挑战。为突破这一瓶颈，美国国防高级研究计划局（DARPA）于2025年初启动了“通过集成实现可部署系统的生物与机器人混合”（Hybridizing Biology and Robotics through Integration for Deployable Systems，简称HyBRIDS）计划，旨在探索生物与工程组件的深度融合，打造在复杂环境中具备更高适应性和性能的生物混合机器人。

HyBRIDS计划概述

HyBRIDS计划由DARPA国防科学办公室（Defense Sciences Office, DSO）发起，属于其先进研究概念（Advanced Research Concepts, ARC）框架下的项目。该计划的核心目标是解决当前阻碍生物混合机器人系统部署的工程与设计难题，通过深入理解并控制合成与生物组件的整合方式，实现所需的系统新兴特性。

根据官方公告，HyBRIDS计划的研究周期为一年，资助金额在10万至30万美元之间。该计划鼓励研究人员提出创新性的研究概念，探索如何将合成与生物组件集成，以开发出在性能上优于传统机器人系统的生物混合平台。

生物混合机器人的潜力与挑战

生物混合机器人结合了生物系统的适应性、效率、弹性和灵敏性，以及工程系统的可控性和精确性，具有在某些操作环境中超越传统机器人的潜力。例如，利用肌肉细胞进行运动、神经元进行控制、感知细胞进行触觉感知等，可以实现更为复杂和灵活的机器人行为。

然而，当前的生物混合机器人通常在性能上不及完全合成的机器人，且与其组成部分的理论潜力存在明显差距。许多系统只是吸引眼球的概念验证，实际应用能力有限。其主要挑战包括：

性能不足：现有生物混合机器人在性能上通常不及完全合成的机器人，且与其组成部分的理论潜力存在明显差距。
开发过程复杂：生物混合机器人的开发是一个繁琐且高度定制化的过程，缺乏标准化的设计和制造流程。
系统表征不足：开发出的系统通常缺乏充分的表征，组件、接口和系统性能之间复杂而交织的关系尚未得到充分理解。
缺乏系统性设计方法：指导生物混合系统设计的系统性方法严重缺乏，限制了其从实验室概念向现实应用的转化。

为解决这些问题，HyBRIDS计划鼓励研究者提出创新性的解决方案，推动生物混合机器人技术的发展。

HyBRIDS计划的技术目标与研究方向

HyBRIDS计划旨在通过以下几个关键技术方向，推动生物混合机器人技术的实用化和可部署性：

生物组件的集成：探索如何将生物组件（如细胞、组织或有机体）有效地集成到机器人平台中，超越现有的、已被充分研究和表征的生物材料，开发方法对这些材料进行改造，以增强其与机器人系统的集成能力或其他相关特性。
稳健的设计方法：开发改进的计算机辅助方法，以更好地表示、分析并预测系统级与组件级属性及性能之间的关系，为实现高效、可靠的材料整合提供重要支持。
接口的实现与表征：开发系统性的方法，对接口的性能进行长期测量，以构建具有弹性、双向传输信息、能量、负载和材料的多功能接口，确保系统稳定性和性能一致性。
部署障碍的克服：专注于开发稳健且可重复的策略，以触发目标系统的新兴特性，解决规模化部署中面临的共性需求，例如维持生物组件的操作完整性。

应用前景

生物混合机器人在现实世界中具有广泛的应用前景。例如，在复杂和危险的环境中执行侦察、监视和搜索任务，利用其高适应性和自愈能力提升任务成功率。在医疗与康复方面，可以开发具有生物特性的假肢或辅助设备，提高患者的生活质量。在环境监测工作中，可以部署在难以到达的区域，进行环境数据的收集和分析。在灾难响应方面，面对地震、火灾等灾难现场，进行搜索和救援任务，利用其灵活性和感知能力提高救援效率。

参考文献：

[1]Defense Advanced Research Projects Agency. Hybridizing Biology and Robotics through Integration for Deployable Systems (HyBRIDS). [EB/OL]. [2025-04-23]. https://www.darpa.mil/research/programs/hybrids.

[2]ExecutiveGov. DARPA Issues RFP for Biohybrid Robotics. [EB/OL]. (2025-01-05). https://executivegov.com/2025/01/darpa-request-for-proposal-biohybrid-robotics/.

[3]Military Aerospace. Bio-hybrid robots offer self-healing. [EB/OL]. (2025-01-21). https://www.militaryaerospace.com/computers/article/55262066/bio-hybrid-robots-offer-self-healing.

[4]SAM.gov.Hybridizing Biology and Robotics through Integration for Deployable Systems (HyBRIDS)[EB/OL]. (2025-01-03). https://sam.gov/opp/580b34f2b653452badd8ec37590e27ec/view.