生物机器人将工程学和生物学结合起来，制造出可以模仿生物系统的机器人。
生物机器人可以并且已经用于野生动物研究，以更好地了解动物的运动、行为和不同物种之间的相互作用。
2016年，工程师卡米洛·梅洛设计了两个机器人，一个形状像鳄鱼，另一个形状像monitor lizard, BBC自然纪录片拍摄动物在现实生活中的互动的小学系列“野外间谍”。
最近由Melo docu撰写的一项研究介绍了他在野外使用生物机器人的经验，以及将生物机器人用于科学研究目的的范围。
2015年，卡米洛·梅洛(Kamilo Melo)正在为自己的博士学位制作一个蝾螈形状的机器人，这时一项意想不到的任务找上门来。英国广播公司的两位制片人很想把他拉进一部自然纪录片。
任务既简单又复杂:制造外形像鳄鱼和巨蜥的机器人，它们可以被留在乌干达的尼罗河沿岸，目的是拍摄现实生活中的物种，并捕捉它们之间的互动。
“这是我做过的最具挑战性的事情之一，但同时也是最有趣的事情，”KM-RoBoTa公司的创始人梅洛在一次视频采访中告诉Mongabay。KM-RoBoTa公司生产用于科学研究和工业用途的机器人。
对梅洛来说，在乌干达与生物机器人一起工作是一次大开眼界的经历。在最近发表在《科学机器人》杂志上的一项研究中，梅洛和他的团队描述了他们在英国广播公司2017年首播的《野外间谍》纪录片系列中的经历和收获。
生物机器人将生物学和工程学结合起来，创造出模仿生物系统的机器人。例如，一个生物机器人的外观和动作都像一个给定的动物，并配备了摄像头和录音机，可以近距离记录动物的行为和互动。
从职业生涯开始，甜瓜就一直在制造用于科学研究的机器人。他说:“我用动物作为信息来源，制造机器人，试图复制这些动物的某些特征。”“我这样做是为了了解动物是如何工作的。”
梅洛说，在生物研究中使用生物机器人还有很长的路要走。在技术、物流和资金方面，挑战比比皆是。然而，Melo强调，生物学家和工程师需要共同努力，克服障碍，使该领域更加高效和适用。“生物机器人不仅仅是为了建造动物而建造动物，”他说。“这更像是创造工具，试图了解生物学的实际运作方式。”
Kamilo Melo与Mongabay的Abhishyant Kidangoor谈论了他在乌干达的经历，生物机器人领域的范围以及未来的挑战。为了篇幅和清晰度，这篇采访经过了轻微的编辑。
蒙加贝:你是怎么接触到生物机器人的?在哪儿你的兴趣源于什么?
Kamilo Melo:其实我也不确定(笑)。那是很久很久以前的事了。我在做我的学士学位项目，我决定做一只蜻蜓。当时，伯克利有一位教授，他正在研究一种机器苍蝇。对我来说，听到他们正在复制一只25厘米(10英寸)翼展的小苍蝇是非常有趣的。它是动态的，你可以让所有的东西都动起来。
对我来说，理解它背后的物理原理是非常有趣的，这就是为什么我开始思考蜻蜓。我当时学的是电气工程，我意识到要实现动态相似性，我需要制造一个允许运动的机器。出于这个原因，我开始研究机器人。我对自然界的运动很感兴趣，而动物给了你所有这些可能性。这是在一边。另一方面，我想我也是一个沮丧的生物学家。我一直倾向于工程学，但我一直钦佩生物和自然的一面。
Mongabay:如何向一个一无所知的人解释生物机器人的范围和应用场吗?
卡米洛·梅洛:从我的角度来看，我使用动物作为信息来源，以便制造机器人，试图复制这些动物的某些特征。我这样做是为了了解动物是如何工作的。为了分解它，我看到动物运动，知道它们的运动是如何非常复杂的理解。所以我们制造了一些机器来帮助我们解释它。如果你让动物重复一个实验，动物很难做到:你告诉动物，“你能像上次那样移动你的腿吗?”这是无法理解的，而且很难做到。我们只是试着用机器人复制那条腿。机器人可以重复这个实验很多次然后你就可以控制你想要移动的腿并得到你需要的所有测量和统计变异性。
对我来说，生物机器人不仅仅是为了制造动物而制造动物。它更像是创造工具，试图理解生物学的实际运作方式。
Mongabay:你能给我举几个例子说明这在现实中是如何运作的吗?
Kamilo Melo:最近的一个是我们在2021年发表的一篇关于七鳃鳗的论文。我们想了解它是如何游泳的，以及游泳是如何在脊髓中产生的。七鳃鳗是非常原始的动物，这些动物非常简单，它们只有脊髓和一些运动的肌肉。这意味着它们没有非常复杂的骨架。它们没有四肢。它只是一个移动和摆动的脊椎。问题是这种游泳运动是如何产生的。这是一个非常重要的生物学问题，因为它揭示了我们目前对动物的许多了解。所以我们造了一个机器人来复制那个动物的神经系统，然后试着建立一个数学模型来控制机器人。有了这个数学模型，就很容易理解这些生物特征是如何工作的。
我可以再给你一个。三亿年前，最早的一些动物从水里出来，开始在陆地上行走。它们是羊膜。一群科学家发现了一具已经灭绝的原始动物的骨架，还发现了一些这种动物的脚印。这就是机器人的用武之地。我们看不到也不知道这种动物是如何行走的，因为它已经灭绝了。但我们有很多现代动物，比如鬣蜥、鳄鱼和蝾螈，这让我们对它们的运动有了一些了解。我们所做的就是取下这种动物的骨骼，在机器人上复制它，然后我们开始测试与这些现代动物相似的不同类型的运动。我们发现这些被认为是最早的羊膜动物之一的动物实际上运动能力很强。这意味着它们有很高的姿势，这给了我们一个新的视角来观察这种动物，这与我们在博物馆里看到的图像不同。这改变了我们的视角，也改变了这些动物周围的生态环境，让我们对很久以前发生的事情有了更准确的认识。
Mongabay:你能给我介绍一下你最近的学习情况吗基于你在BBC纪录片中与生物机器人的合作经验乌干达的小学?
Kamilo Melo:我不得不说这是我所做过的最具挑战性但同时也是最有趣的事情之一。那时，在我工作的实验室里，我们正在研究蝾螈机器人。我们制造蝾螈机器人是为了了解蝾螈的运动。然后，这两个人，英国广播公司的制片人，走过来说:“我们想把你的蝾螈伪装成鳄鱼。”我告诉他们这是不可能的。蝾螈的形态与鳄鱼的形态有很大的不同。在肢体、大小和质量分布等方面都有很多变化。所以我们必须重新建造。然后我的工业和商业推销员的精神出来了，我说我们需要建造两个，因为在现场维修非常困难，而且会非常昂贵。我们有足够的预算购买制造两个机器人所需的材料。然后他们说他们还想要一只巨蜥，这是尼罗河鳄鱼最大的敌人。所以我们也做了这个。几个月来，我们非常努力，不知疲倦地工作。
卡米洛·梅洛为一部自然纪录片设计了一个鳄鱼形状的机器人捕捉动物在现实生活中的互动的初级系列。图片由Tomislav Horvat和Kamilo Melo提供
然后我们把它带到球场上，这是另一个有趣但也更有压力的部分。因为在这个领域有很多事情是你不知道会发生的。例如，温度是最大的挑战之一。我们知道天气会很热。但我们没有意识到，在乳胶皮肤内部，温度会更高。所以发动机开始关闭，所有的电子设备都不适合那个温度。这是一个很大的挑战。
因为野生动物真的会杀死你，所以我们需要制造一个几乎是自主的机器人，这样你就可以在很远的地方控制它。这也是一个小小的挑战。在实验室里，当你和旁边的机器人一起工作时，如果发生了什么事情，你可以立即去检查。如果有电缆出现故障，可以迅速更换。但在这里，情况并非如此。我们学到了很多关于如何使事物健壮以及如何使事物易于在该领域进行更改的知识。因为如果我们损坏了什么东西，我们只有两个小时的时间来修复整个东西。如果我们不能在这两个小时的光照下修理东西，那么第二天基本上就没了，这就浪费了很多钱。
Mongabay:你从那次实地考察中最大的收获是什么?
Kamilo Melo:首先，相信自然。当你设计一个机器人时，作为一个机械工程师或电气工程师，你需要做出很多决定。但你永远不会真正弄明白它，直到你把它应用到自然界中。
同时，我也学会了耐心。当你在实验室里做事情的时候，你可能不会像在野外那样感到沮丧。当你在球场上的时候，你真的需要保持冷静，努力超越未来会发生的事情。这就是为什么我们在报纸上写了很多这样的东西。因为我们想鼓励人们这样做，但也要意识到可能发生的事情。
最后一件事是让一切尽可能简单。在战场上，你什么也得不到。可能只是一把螺丝刀，仅此而已。如果你把事情弄得非常复杂，如果你过于依赖非常复杂的技术，那么在这个领域就会变得很难。比如3D打印。用3D打印做事情看起来很简单，但一旦你进入现场，你就没有打印机了。与其做复杂的东西，不如试着让它变得简单和健壮。
Mongabay:从生物学的角度来看，你对如何更好地将其用于研究目的有什么看法?
卡米洛·梅洛:后来有几个人找到我们，问我们如何用这些来研究其他动物。如果你能让一台机器尽可能地接近动物，而不是真正入侵它们的栖息地，这将是一种研究行为的好方法。
现在，我和一个研究非洲猴子的人一起工作。他们想把一个蛇机器人带到那里，因为他们想看看猴子的行为以及它们是如何与蛇互动的。一个不会动的蛇模型并不是很好，尤其是对于像猴子这样聪明的动物来说。当你带来一些更现实的东西时，你会从这些研究中得到更好的结果和更好的数据。我想这是在这个领域使用机器人的可能结果之一:使用动物机器人来研究其他动物。
一项由Melo docu撰写的研究介绍了他在野外使用生物机器人的经验，以及将生物机器人用于科学研究目的的范围。图片由Tomislav Horvat和Kamilo Melo提供
另外，几年前我还接到了一位法国教授的另一个请求。他想研究的是小动物对父母的呼唤，以及父母对此的反应，反之亦然。因此，我们必须与带有扬声器、麦克风和摄像机的机器人合作，以第一人称的视角来观察动物的大脑中到底发生了什么。这是一种更身临其境的体验，而不是仅仅用相机来监视一切。
Mongabay:怎样才能做到这一点，而不打扰动物或对它们造成伤害?
卡米洛·梅洛:我们的机器人并不是真的有害。我有几个机器人，我们把它们带到了一个有婴儿和孩子的空间。真的很安全。我们说的不是工业机器人。我们讨论的是非常柔软且不会造成伤害的运动的复制。
我们必须尽量做到不冒犯他人。但我怀疑，如果从事行为研究或生物学的人想用机器人把它们带到野外，我不认为这种影响会比真正的动物所做的更大，因为我们所做的只是复制。会有一点影响，因为必须有人在附近。那个人现在将成为那个环境的入侵者。但这一切都是为了科学。
Mongabay:我们面临的最大挑战和差距是什么继续存在于生物机器人领域?
Kamilo Melo:哦，很多人(笑)。
一个与驱动有关。动物的肌肉是一种非常复杂的机器，可以将化学能转化为机械能。所以作为化学物质输入的能量和输出的能量之间的损失是最小的。即使有很多损耗，与我们在电力系统中的损耗相比，它们是最小的。这意味着(机器动物)产生的力无法与肌肉所能产生的力相比。不仅仅是在大小方面，还有机器承载自身重量的能力。肌肉可以承载大量的重量，并且比马达消耗更少的能量，因为马达本身就很重。我们离实现和肌肉一样的行为还差得很远。
肌肉也是有弹性和粘性的。这意味着你可以更好地应对冲击和其他干扰。这是马达无法做到的。为了解决这个问题，你需要对马达进行编程，增加更多的复杂性，增加更多的工程来试图让它更接近自然。但我们离那还很遥远。
在控制方面，现在有一些机器学习技术可以帮助机器人更好地表现和移动。但如果你想做动物的所有动作，我们还远远不能在一个机器人上实现。这里的一条建议是，您需要关注硬件。这不仅仅是软件的问题。许多机器人专家从事模拟工作，但从事实际硬件工作的并不多。硬件和系统集成之间也应该有一个紧密的联系，因为一切都是一个单一的东西。
Mongabay:我很想知道人工智能如何在提高生物机器人效率方面发挥作用。
Kamilo Melo:我们知道如何根据物理定律来移动机器人。有了这些，我们就可以预测将要发生的事情。现在，我们不需要让机器人做任何决定。这就是机器学习的作用，在更高的层次上做出这些决定。一旦你建造了你的机器人，一旦你控制了所有这些低级的物理定律，你就可以进入更高的层次，决定如何基本行动。在这种情况下，人工智能更合适。它就像一个更发达的大脑。
在某种程度上，当你开始给你的动物添加许多腿时，你需要复制非常复杂的行为。对于非常简单的事情，比如移动一条腿，一个动态数学模型就足够了。但在某个时刻，当我们开始制造越来越复杂的系统有更多的变量和更多的未知数，它会变得更复杂。然后，最好把所有东西都放在一个黑盒子里，运行其中一个机器学习算法，让机器人学习。有了这个，你就可以实现一些接近动物行为的东西。当然，您无法将其与硬件设计分离开来。但要实现这一切还有很长的路要走。
蒙加贝:你认为机器人工程师和生物学家如何更好地为野生动物研究工作监控和保护?
卡米洛·梅洛:首先是相互理解。有时候工程师很死板。题目只是想知道方程是怎样的。生物学家的工作也可能是这样的。当我们说话的时候，有不同的语言。所以在这种合作中，重要的是要有一个人充当桥梁。
其次，从商业和工业的角度来看，不要削减资金。机器人很贵。好的机器人更贵。作为一个生物学家，你不应该把它们看作是奢侈的机器，而应该把它们看作是实验室的设备。
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