机器人学家巴巴拉·马佐莱（Barbara Mazzolai）正致力于推动一个名为“可持续性机器人”的新研究领域。这位曾以生物学家身份开启职业生涯的专家，如今希望确保其开发的机器人技术能够回馈环境，而非仅作为工业工具存在。
马佐莱目前担任意大利理工学院（IIT）机器人学副主任及机器人生物灵感软机器人实验室主任。她基于对生物学解决复杂问题能力的深刻理解，开发了模仿章鱼、植物根系乃至种子的机器人系统。她表示：“我一直对生物着迷，特别是大自然中由进化过程筛选出的非凡多样的解决方案。”
职业背景与教育经历
- 雇主： 意大利理工学院
- 职位： 机器人学副主任；机器人生物灵感软机器人实验室主任
- 教育背景：
- 比萨大学：生物学学士学位
- Scuola Superiore Sant'Anna：环境管理和审计硕士学位（1998年）
- 罗马大学 Tor Vergata：微系统工程博士学位（2011年完成）
在发表于《自然机器智能》（Nature Machine Intelligence）杂志7月刊的一篇宣言中，马佐莱及其合作者概述了设计机器人的新愿景。马佐莱强调，工程师必须考虑技术对自然界的影响。“我们需要减少技术的足迹。这实际上是一种思维方式的转变，旨在为机器人技术和社会开辟新的可能性。在这种新范式下，可持续性是设计的核心组成部分。”
从托斯卡纳海岸到工程前沿
马佐莱对生物世界的兴趣源于她在意大利托斯卡纳海岸的成长经历，其父亲是一名公共卫生检查员兼真菌学家。1987年，她进入比萨大学攻读生物学，并在毕业后对海洋生物学产生浓厚兴趣。
1995年获得学位前，她在意大利国家研究委员会生物物理研究所任职，研究重金属在环境中生物与非生物部分的循环。通过收集水、土壤、蔬菜甚至人体样本，团队评估这些金属对健康和环境的影响。随后，她在皮萨的 Scuola Superiore Sant'Anna 深造，并于1998年获得环境管理硕士学位。
转折发生在1999年，马佐莱得知该大学正在招聘生物学家协助设计环境监测设备。她成功申请并加入著名生物机器人学家 Paolo Dario 的研究团队，担任研究助理，主要工作涉及传感器开发。2004年，在攻读博士课程之前，她被提升为助理教授。在此期间，她与同事合作设计了一款受章鱼启发的软体机器人。“我们将其作为一个范例来推广软体机器人的概念：证明机器人可以柔软，同时像动物一样对环境施加巨大的力量。”马佐莱回忆道。
跨学科融合：微系统与化学感知
2007年，马佐莱注册了罗马大学 Tor Vergata 的微系统工程博士课程，同时兼顾在 Sant'Anna 的工作。微型制造技术已成为她开发机器人传感器的关键手段。
她指出，虽然现有机器人通常配备触觉或感知传感器以确定自身位置，但极少有系统能整合物理或化学传感器。2009年，马佐莱被任命为意大利理工学院微生物机器人中心的团队负责人，继续深耕生物启发机器人领域。两年后，即2011年，她完成博士学位并被提升为中心主任。
向植物学习：无限增长与精准农业
马佐莱将目光投向了植物，视其为新型机器人的模型。她设想这类机器可应用于环境建模和精准农业。尽管许多仿生机器人模仿动物，但植物同样提供了灵感来源，例如葡萄藤绕结构旋转的能力。
起初，同事们对基于看似静态生物的机器人持怀疑态度。然而，马佐莱解释称，植物处于一种称为“无限生长”的动态过程中。“它们确实会长大，其形态和行为适应外部环境；它们具有修复能力，能够感知并进行沟通。”
模仿与传统原理不同的生物系统需要深入的基础研究。马佐莱强调：“这不是对自然生物的简单复制，因为活体生物极难完全复刻。”以植物根系为例，其在土壤中高效探索的原因在于仅在结构极细的尖端生长，从而大幅减少摩擦和推进所需能量，优于常规钻机。
为了在机器人中实现这一原理，她的团队开发了一种小型3D打印机，使机器人能有效穿透土壤。该机器人尖端装有传感器，用于避开障碍物并检测附近的营养物质或水分。
构建可持续性的三大支柱
鉴于现代技术如塑料和汽车电池往往忽视生命周期结束后的环境影响，马佐莱希望避免机器人技术重蹈覆辙。她和同事提出的“可持续性机器人”概念包含三个核心支柱：
- 最小化环境影响： 确保机器人对生态系统的干扰降至最低。
- 普惠性： 让来自世界各地、不同社会经济背景的人群都能使用该技术。
- 共生性： 机器人应为人类和自然带来共同利益。
具体而言，马佐莱主张将生命周期评估纳入机器人设计，使其在寿命终结后可重复使用、回收甚至生物降解。尽管目标宏大，但她认为实现这一愿景的技术要素已具备。她相信这一方向将激励未来的机器人科学家：“年轻人渴望在这一领域工作，因为这是他们的未来。面对持续的环境破坏威胁，他们希望开发出真正有益的技术。”
