杏鮑菇找到新工作，不上餐桌，上機器人

誰說機器人一定由冰冷的“硅基”金屬和電路操控？如今，結合生命體與機器人的“生物混合機器人”已成為新的前沿方向。去年，美國康奈爾大學的研究團隊帶來了一項有趣的突破：他們成功利用餐桌上常見的杏鮑菇，操控兩款不同形態的機器人運動。那么，他們究竟如何實現這一奇思妙想的呢？

撰文 | 李勃（陜西省生物農業研究所）

從上世紀80年代風靡至今的日本動漫《機動戰士高達》，到近年來震撼全球的好萊塢大片《環太平洋》，操控強大的機甲去戰斗，是無數小男孩和“老男孩”的夢想與浪漫。

但你可曾想過，未來的機甲或許不是由冰冷的金屬和電路控制的，而是由......蘑菇來指揮？沒錯，就是那種長在森林里、可以下鍋煎炒的蘑菇！

日本館門前的巨型高達機甲戰士成為2025年大阪世博會的金字招牌丨圖源：李旻攝

《環太平洋》中守衛香港的中國機甲“赤紅暴風”丨圖源：官方電影海報

亮相長春航展的中國科幻IP“南天門計劃”中的承影機甲丨圖源：央視新聞

機甲操控：看似觸手可及，實則難度重重

機甲一詞，來源于日語中的“メカ”，英語里稱為Mecha，通常指科幻作品中由人類操作的大型戰斗機器人。在上個世紀，這也許還只是遙不可及的幻想。如今，隨著AI和工程技術的迅猛發展，不少機器人已能做出流暢的動作，甚至協助人類完成諸多任務。

宇樹科技開發的人形機器人亮相春晚丨圖源：央視傳媒

當然，要讓高達機甲像人一樣靈活戰斗，依然困難重重。目前的機器人主要由傳感器、執行器和負責發出指令的機器神經網絡構成，相比經過億萬年進化的生命體，這樣的結構還是太過簡單。現有傳感器的靈敏度雖高，大多卻只能檢測單一的信號（如壓力、光、熱、濕度等），難以應對復雜多變的環境。

而動物和人類擁有密度極高的感受器（感覺神經末梢；僅一個小手指尖上，就存在超過3000個感受器），它們不僅能夠同時感知多種信號，還與成千上萬個神經和神經元精密連通，使信號能夠快速傳遞至大腦并迅速反應。生物體通過“生長”而非“組裝”來解決傳感器、執行器和神經網絡之間的鏈接問題。如果要以人造方式組裝出同等復雜的系統，所需的技術與工藝目前仍難以實現。

為了突破這一技術瓶頸，科學家們想到了一個折中的辦法——將生命體與機器人融合，打造生物混合機器人（biohybrid robot）。這類機器人結合了生物系統的高效能量轉換、強適應性、自我修復、環境交互等優勢，以及機電系統的高精度控制、復雜任務執行與可批量制造等特點，是機器人技術發展的新方向。

最近，國際頂尖期刊Science Robotics發表了一項來自美國康奈爾大學的研究。該團隊利用杏鮑菇的菌絲體，成功控制了兩款不同形態的機器人運動，為“碳基-硅基”融合及生物-電子混合技術開辟了新路徑。

杏鮑菇丨圖源：參考文獻[1]

為何偏偏選蘑菇？

平時用來燙火鍋的蘑菇竟然能夠操控機器人？這聽起來像是天方夜譚，背后卻大有文章。

生物混合機器人需滿足三個條件：由生物組件與非生物組件融合構成；具備傳感器、處理器與執行器等基本功能單元；擁有自主或半自主的環境交互能力。

目前這類機器人多使用動物細胞（或組織）作為控制單元，但動物細胞培養難度大、成本高、維護復雜。于是，科學家將目光轉向非動物系統，卻面臨新的挑戰：細菌生命周期太短，植物反應又太慢——如同《指環王》中的樹人，動一下可能要等半天。

而我們日常食用的蘑菇，其實只是真菌的“繁殖體”，它真正的“身體”是深藏于地下的菌絲體（mycelium）。這些肉眼幾乎看不見的菌絲，擁有驚人的生存能力：無論是極寒的北極凍土，還是存在核輻射的區域，它們都能頑強生長。更神奇的是，菌絲網絡具備傳感、通信、傳輸養分的功能，能快速產生和傳遞電信號。

肉眼看到的菌絲體（左）和電子顯微鏡觀察下的菌絲體（右）丨圖源：wikipedia

相較于動物和植物，菌絲體只需要少量水分和簡單的營養就可實現長時間生存。而且，在自然界中一些真菌本身就寄生在特定的昆蟲或植物體內，通過產生電信號和化學激素來影響宿主的行為，簡直是為生物機器人量身定做的“天然控制器”！

麥角菌科的一些真菌可以通過寄生在昆蟲身上來控制宿主的行為丨圖源：參考文獻[1]

如何讓蘑菇指揮機器人？

要實現真菌控制機器人并不簡單。這是一個結合了機械工程、電子學、真菌學、神經生物學和信號處理等多個領域的系統性工程。但想大概明白原理，就和把大象放進冰箱里一樣簡單。只需三步：

第一步，讓蘑菇在機器人身上“安家”。科學家們用3D打印制作了一個特殊的支架，上面布滿了微小的電極，就像給蘑菇準備了一張“信號接收網”。然后，他們把杏鮑菇的菌絲體接種在支架上，讓菌絲慢慢生長逐漸包裹住電極，這個過程大約需要2到4周。而之所以選擇杏鮑菇作為研究對象，是因其菌絲生長模式簡單、生長速度快并且安全無毒。

在支架上培養杏鮑菇菌絲丨圖源：參考文獻[4]

菌絲體包裹電極丨圖源：參考文獻[4]

第二步，偷聽蘑菇的“悄悄話”。菌絲體感知環境時，會產生微弱的電信號，有點像我們大腦里神經元傳遞信息的“動作電位”。這些信號非常微弱，比一節干電池的電壓還要小幾千倍。所以科學家們給支架加了“防干擾護盾”（法拉第籠），隔絕外界的電磁干擾，再用高靈敏度的設備記錄這些電信號的變化。比如，當紫外線照射到菌絲體時，它會發出更強烈的電信號，仿佛在喊：“好刺眼，快躲開”！

記錄杏鮑菇產生的電信號圖源：參考文獻[4]

第三步，把“蘑菇語”翻譯成“機器人語”。在大多數動物的大腦中，有一個被稱為“中樞模式發生器”（Central pattern generator，CPG）的系統，這個系統就像生物的“內置節拍器”，能讓我們不用刻意控制就能走路、呼吸。科學家模仿動物大腦里的CPG設計了一套算法。這套算法能識別菌絲體電信號的節奏和強度，把它們轉換成數字指令，比如“前進”“轉彎”“加速”。信號增強，機器人就加速；節奏改變，機器人則調整步態，就像我們根據路況改變走路方式一樣。

機器人的動力系統接收蘑菇的數字指令（左）從而形成運動（右）圖源：參考文獻[4]

蘑菇機器人究竟能干啥？

基于上述三步，研究團隊設計了兩款超酷的真菌機器人。

第一款是“海星機器人”，身體由柔軟的硅膠做成，靠充氣“腿”伸縮移動，菌絲體支架裝在它的背上。當菌絲體發出自然的電信號時，機器人會慢慢收縮“腿”，像海星在海底爬行一樣，一步一步往前挪；當用紫外線照射菌絲體時，電信號變強，它的“步伐”會加快，仿佛在躲避強光。

使用紫外線照射時蘑菇機器人的動作頻率顯著加快丨圖源：參考文獻[4]

第二款是四輪迷你越野車，自帶電池和信號處理器，能獨立工作。當菌絲體感知到環境中的化學物質時，電信號會引導機器人調整方向，比如朝著化學物質濃度低的地方移動。研究人員還發現，只要定期給菌絲體補充營養液和孢子，它就能持續“工作”，甚至在舊的菌絲體老化后，新的菌絲體還能繼續生長，實現“自我更新”！

使用紫外線照射時，杏鮑菇會發出指令讓小車加速前進圖源：參考文獻[4]

盡管這兩款蘑菇機器人還很“簡單”，其潛力卻十分可觀！我們可以展望一下未來。

在農業領域，菌絲體對土壤里的化肥殘留、重金屬、病蟲害極為敏感。未來，帶著菌絲體傳感器的機器人可以在農田里巡邏，一旦發現土壤酸堿度失衡，或者出現有害病菌，就會立刻發送信號，提醒農民調整施肥量，或者精準噴灑農藥，減少污染。

在極端環境探測中，菌絲體不怕輻射、耐嚴寒、耐鹽堿，蘑菇機器人可以代替人類去危險的地方執行任務：比如檢測核污染區域的輻射水平，或者在極地冰原探測氣候變化。

甚至在太空探索中，它們也能發揮作用，只需要攜帶少量菌絲體孢子，到了火星或月球后，讓菌絲體在當地的支架上生長，就能造出“就地取材”的探測機器人，大大降低太空任務的成本。

也許，在不遠的將來，幫助你駕駛機甲去捍衛和平的，不止有AI，還有蘑菇......

小 結

蘑菇機器人的研發，給我們帶來了一個有趣的啟示：科技未必總是冷冰冰的芯片和機械，它也可以與自然和諧共生。在普通人眼中，科學家只是換了一種方式控制機器人。但實際上，他們搭建起環境信號、機器人與生命系統之間的橋梁，將不可見的信號轉化為真實的物理動作。

這恰恰證明：“創新”不一定需要追逐遙不可及的“黑科技”。有時候，低下頭看看腳下的泥土、留意身邊的植物，或許就能找到突破的靈感。

致謝：

感謝中國科學院大學尚雪副教授、陜西省微生物研究所孫超副研究員、中國科學院西安分院王長曄老師及廣東科技出版社李旻老師等友人為撰寫本文提供的文獻、圖片資料和寶貴意見。

參考文獻

[1] OliviaFerrari. Watchthisfunguscontrolarobot. National Geographic, 2024, 0829

[2] 石曉軍等. 2024年仿生智能技術綜述. 無人系統技術, 2025, 08(01): 117-124

[3] 楊寧. 有細胞組織的生物混合機器人. 科學大觀園, 2016, 18

[4] Anand Kumar Mishra et al. Sensorimotor control of robots mediated by electrophysiological measurements of fungal mycelia. Science Robotics, 2024, 09: 1-14

[5] Xianhong Zhang，et al. Common mycorrhizal networks facilitate plant disease resistance by altering rhizosphere microbiome assembly. Cell Host & Microbe, 2025, 33:1–14

[6] Andrea Genreet al. Unique and common traits in mycorrhizal symbioses. Nature Reviews Microbiology, 2020,18,649-660.

[7] Central pattern generator - Wikipedia

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