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"仿生人"亮相纽约动漫活动 引发"生化危机"争论

http://www.kexue.com 2013-11-11 10:49:45 南方日报  发表评论

  喜欢看美国大片的人对“仿生人”这个概念都不会陌生。上世纪70年代科幻电影《无敌金刚》中的主角前太空人史蒂夫·奥斯汀,就能在身受重伤濒死后,通过人造器官改造重生。

  日前,仿生人瑞克斯(Rex)在纽约“动漫控”活动亮相,引起了广泛关注。这个造价为100万美元的仿生人用人造器官、肢体和其他身体组织组装而成,会呼吸,会说话,会走路。

  这是否意味着科学家已通过技术“唤醒”过去只能在电影中看到的“仿生人”?这能为生活带来什么样的影响?仿生人有多真?

  分解瑞克斯

  瑞克斯是个“科技组合人”,除了义肢之外,还装置有电子眼、电子耳以及类似呼吸机的人工肺、类似透析机的人工肾、提供简单的血液循环功能的人工心脏等器官

  仿生人瑞克斯有多牛?据报道,它由英国权威的机器人专家理查德·沃克(Richard Walker)和马修·戈登(Matthew Godden)组装而成,高6英尺,其人造器官来自全球17家厂商,总身价为100万美元。

  “除了我们在很早之前就已开始使用的义肢之外,瑞克斯还装置有电子眼、电子耳以及类似呼吸机的人工肺、类似透析机的人工肾、提供简单的血液循环功能的人工心脏等器官。”不过,南方医科大学人体解剖学教研室主任欧阳钧教授直言,光从新闻报道判断,瑞克斯只是个“科技组合人”。当然,是有点牛的科技组合人。

  分解瑞克斯,它的肺就是一个内置呼吸机。现有的医用呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸,增加肺通气量,改善呼吸功能,减轻呼吸功能消耗,节约心脏储备能力的装置。这种技术早就有了,不过,瑞克斯的人工肺比我们的医用呼吸机要小得多。

  而瑞克斯的肾据说只有咖啡杯大小,“功能和如今的肾透析设备相似,原理就是通过一个物理的膜交换,借以清除体内代谢产物及某些废物、毒物,不过体积庞大。”在欧阳钧看来,将透析机做到咖啡杯大小很可能还只是一种设想,能否支持正常的人体机能不得而知,毕竟瑞克斯只是个“机器人”。

  不过,瑞克斯的脾脏还是可圈可点的,它能模仿生物脾功能快速清除血液感染,这种人造脾能帮助人们对抗脓血症。

  接着,我们来看重要的生命之源——瑞克斯的心。根据报道,它的人工心脏能够利用电子工具跳动和促成人造血液循环。欧阳钧解密,瑞克斯的动脉血管实际上是由一种新型的纳米复合材料制成,而血管中的人造血液则是由塑料分子制成,这种塑料血液很容易在室温下长期保存,还能像血红蛋白一样在身体内传输氧气。

  相比于心、肺、肾、脾等器官,瑞克斯的眼睛和耳朵的技术就“小儿科”了。笔者了解到,目前,电子眼、电子耳的研究很多,两者都是通过一定的接收设备接受外界信号,再将这样的视觉或声音信号转换成相应的电子信号,从而在“大脑”中形成图像或声音。可见,让瑞克斯耳聪目明并非难事。

  至于走路,更是难不倒“瑞克斯”。它具有人造膝盖、臀部、骨骼和脚踝等,通过一个微处理器控制膝盖,并借助其他仪器的帮助将不同环境的指令传递到微处理器上,它便可模拟不同环境下的步态。为了追求精细,科学家还为瑞克斯装上了仿生脚踝,这个由一个电动机和弹簧系统构成的装置,能模仿人类小腿肌肉和跟腱的行为。

  可见,瑞克斯并不是什么新鲜事物。负责这项计划的专家也表示,推出瑞克斯,是希望向世人展示医疗科学到目前为止获得的卓越成果,希望那些因意外而失去手脚,或是因疾病而切除身体某一部分的人,在科技的协助下,都可以获得器官或较美观的义肢,从而重获新生。

  “实际上,仿生人的各种人造器官均属于再生医学,这是一种利用生物学及工程学的理论方法创造丢失或功能损害的组织和器官,使其具备正常组织和器官的机能的医学科学。”欧阳钧介绍,再生医学的领域中很大一类是组织工程,比如通过干细胞的诱导和分化,培养出一个器官;而另一类则更多的是通过物理技术实现再生,如仿生人所装置的人工肺、人工肾、人工心脏等。

  因此,从医疗的角度来说,瑞克斯的实用性并不大,因为它并不是一个技术的革新,但从发展的角度来说,它是一个很好的概念。

  仿生人=生化人?

  生化人是具备或实现了人体部分生物化学系统功能如物质代谢等的机器人,要想构建出一个具有完整生化功能的生化人还有很长的路要走;仿生人则只是技术层面的组装

  瑞克斯火了一把,不少媒体甚至直接称它为生化人,还有批评者提出伦理争议:随着机器人技术的不断发展,人们会不会通过从外部世界获得更多的辅助设备让自己变身为“超人”,这样一来如何约束这些“超人”的行为?更有人担心,这样的仿生人是否会像美国大片那样最终超越人类占领地球?

  STOP!先暂时停止这些猜想吧。

  会不会有超人的出现不好说,但是仿生人超越人类占领地球?算了吧,瑞克斯到底还只是个机器人,它没有真正的大脑,并不具备独立意识和思考功能,而只处于一个技术的机械组合阶段。

  瑞克斯的作用,更多是提供了一个概念,告诉人们如果今后某部分器官出问题了,便能像仿生人一样,有相应的人造器官来取代原来坏掉的器官。

  这意味着,瑞克斯还不能算是生化人。“所谓生化人是指具备或实现了人体部分新陈代谢功能的机器人。目前来看,生化人是一个超大工程。而仿生人则只是技术层面的组装。”欧阳钧表示,从一个器官的功能到人体的生命的联动运作都是非常复杂的。如肝脏,就比肾脏复杂得多,它的功能不仅仅是把有害的物质分解掉,还有合成和转化的任务。还有其他很多生命的基本原理在目前来说都还是未解之谜,因此要想构建出一个具有完整生化功能的生化人,还有很长的路要走。

  这也说明,若能造出生化人,将给科学研究带来更大价值。

  “这相当于造出了能模拟出人体完整的代谢过程及其他身体机能状况的模型。有了这个模型,可以开展很多研究,比如最简单的,可以研究人几天不吃饭不喝水,整个身体会发生什么样的变化。”欧阳钧介绍,若能完全模拟出人体的代谢等过程,意味着在医学领域的许多研究可以借助生化人进一步拓展实现,“比如我们要研究某种药物对病人的作用,就可让生化人得那样的病,然而通过输入不同的治疗方案来观察和比较治疗效果。”

  未来是生化人的?

  生化人需站在数字人、物理人的肩膀上。不仅如此,再生医学领域的科学家也在另一条路上不断探索——组织工程,比如,如今最火的3D干细胞打印就是其中一项内容

  做生化人有多难?答案是:很难。因为它需要站在数字人、物理人的肩膀上。

  所谓数字人是由中国工程院院士、南方医科大学教授钟世镇首创。基于解剖学,他将人体分切成薄片,再利用数码相机和扫描仪对已切片的切面进行拍照、分析,之后将数据输入电脑,最后电脑合成三维的立体人体生理结构,构建出一个三维的虚拟数字人。

  数字人让我们更好地认识了人体基本结构,物理人就是由数字人发展起来的。据专家介绍,如今中国不少科学家在研究的物理人,就是将人体的物理学研究成果,借助信息科学的理论和技术转化成为数字化的参数,赋予到可视人的框架上。

  物理人用途广泛,如在航天研究方面,可通过物理人的模拟,探究射线对人体骨髓的抑制、影响作用;此外,还可以通过物理人,模拟车祸现场的撞击损伤程度推断出车祸发生时的车速情况。这也是欧阳钧当前的研究重点。

  再进一步,才是真正意义上的生化人——对相应的物理人器官赋予生化功能,可通过电脑模拟各种疾病状况下的身体状况,再通过用药后器官的各种参数的变化来快速判定药效。

  由此可见,要打造一个生化人绝非易事。“如今很多问题仍停留在黑箱阶段,很多生命的根本性问题都还没得到解决,因此,要通过理论推算去解决实际的问题,能做的还很有限。”欧阳钧说。

  不过与此同时,再生医学领域的科学家们也在另一条路上不断探索——组织工程学。举个例子,如今最火的3D细胞打印就是他们研究的其中一项内容。

  日前,媒体广泛报道了来自杭州电子科技大学等高校的科学家自主研发出的一台生物材料3D打印机“Regenovo”。科学家们已经通过使用生物医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料或活细胞,在这台打印机上成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等。

  据报道,这台生物材料3D打印机具有打印生物材料种类多、对细胞损伤率低、打印精度较高和操作方便等特点。和国际同类打印机相比,“Regenovo”3D打印机不仅实现了无菌条件下的生物材料和细胞3D打印,而且新型的温控单元和打印喷头设计,能够支持从-5℃到260℃熔融的多种生物材料打印。

  让人最关注的是,“Regenovo”支持活细胞打印,打印的细胞有着高达90%的存活率,目前打印出来的活细胞存活时间最长为4个月。

  既然能打印细胞,就意味着能打印干细胞。众所周知,干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。

  “理想的状态是,打印出这样的干细胞,然后较好地控制干细胞的分化方向,这样通过干细胞在体外构建一个组织器官就不是问题。”不过欧阳钧表示,这要真正实现难度相当大,“真正的器官并不像单个的细胞那样,即便是一根血管,都会存在至少三种组织,科学家需要把不同的细胞和相应的生长因子打在其所需要的不同层上,构筑一个细胞生长的良好微环境,诱导干细胞向不同的组织去分化,从而构建一个完整的器官或组织”。

  如此看来,从人体细胞、组织乃至器官被“打印”出来,到真正应用于临床,路就更长了。

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