据约翰娜·克鲁因（Johanna Kluin）讲述，2016年她构想出这种全新类型的人工心脏的灵感来源出人意料地“低科技”：当时她的丈夫（一位野生动物摄影师）在荷兰《NRC Handelsblad》报纸上的一篇关于软体机器人技术的文章中指出了一个引人注目的图片。
“那是一张软体机器章鱼的图片，”克鲁因回忆道。她是一名心脏外科医生，也是荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯医学中心（Erasmus Medical Center）的心胸医学教授。“当我看到这张图片时，我意识到如果把章鱼翻过来，就能得到制造软体机器人工心脏所需的所有组件。”这确实是一个概念上的飞跃，但既然克鲁因的工作就是直接操作跳动的人体心脏，谁又能反对这个想法呢？
她开始思考：是否可以利用驱动机器人柔软可充气人工肌肉的技术（这些肌肉能让章鱼的触手无需外部电子控制就能运动），来产生类似人类心脏的“脉动”泵血功能。此外，克鲁因认为，柔软、可变形且具有顺应性的软体人工心脏或许能以更符合生理学的方式推动血液流动，从而避免如今刚性人工心脏常见的血栓和感染问题。
那么，究竟是什么引发了她的兴趣呢？这源于软体机器人技术——该技术旨在制造出能够与生物体（从水果蔬菜到动物和人类）安全互动的变形、可顺应的自动化装置。例如，在农业领域，可充气的软体机器人夹具可以巧妙地抓取并扭转果实，而不会使其受损；在娱乐领域，充满氦气的软体机器鸟和鱼可以在人群上方无害地飞行，由于它们轻便且可变形，即使坠落也不会造成危险。像哈佛大学的Octobot这样的项目正在推动软体机器人技术的发展。
为了验证这种技术是否真的能帮助心脏病患者，克鲁因联系了《NRC Handelsblad》文章中提到的埃因霍温理工大学（TU/e）的软体机器人专家巴斯·奥弗维尔德（Bas Overvelde）。“报纸上提到了他的工作单位，于是我联系了他。见面后我问他是否能够制造出软体机器人工心脏，他回答说‘可以’。”
九年后，奥弗维尔德和克鲁因组成的团队筹集了超过1400万欧元（其中欧盟提供了310万欧元，荷兰政府提供了1100万欧元），开始研发他们称之为“荷兰混合心脏”（Holland Hybrid Heart）的项目。
进展迅速：他们已经为该设备的早期版本申请了专利，部分版本已经开始了动物实验。2025年，他们在两本重要科学期刊《Nature Communications》和美国科学促进会（American Association for the Advancement of Science）的《Science Advances》上发表了关于两种软体机器人工心脏原型的积极研究成果。
推动他们研发这种软体人工心脏的动力，源于心血管疾病（尤其是心力衰竭）这一全球性难题。
根据医学期刊《The Lancet》的数据，目前全球约有2%的成年人患有心力衰竭，即心脏变得过于僵硬或无力，无法正常泵血。克鲁因的团队估计，目前全球有2300万人患有心力衰竭，而且随着人口老龄化，这一情况可能会更加严重。美国心脏协会预测，到2030年，仅美国就有800万患者（每33个美国人中就有1人）将患上心力衰竭。
目前，对于晚期心力衰竭患者，移植捐献的心脏是最佳治疗方法；但由于全球捐献心脏短缺，患者通常需要植入辅助装置来维持生命，直到接受心脏移植。
患者所需的辅助装置取决于心脏哪个部位需要支持。心脏是一个四腔器官，包括左右心房（接收血液）和左右心室（将血液泵回体内）。如果左心室受损（这是心力衰竭的常见情况），患者可以植入左心室辅助装置（LVAD）；如果两个心室都功能衰竭，则需要植入全人工心脏（TAH）。
全人工心脏发明于1970年，它在等待移植期间起到了关键的生命维持作用，至今已有超过2000名患者使用了这种装置。但这类装置体积庞大、笨重且刚性较强，容易引发患者免疫系统的排斥反应。克鲁因解释说：“这些装置有很多问题，只能在医院内使用，患者在使用数周或数月后生活质量极差。”
心室辅助装置也存在问题。克鲁因指出：“LVAD通过血液中的螺旋结构推动血液连续流动，但这种非脉动的方式可能导致血液凝结，患者需要服用抗凝药物，从而增加出血风险。”此外，LVAD的电源线从患者腹部伸出到背包，容易引发感染。
他们需要的是一种基于柔软、生物相容性材料的新型全人工心脏，这种心脏应能像天然心脏一样跳动，尺寸和形状也要与天然心脏相似，使患者能在医院外正常生活。克鲁因强调：“我们希望血液流动方式与天然心脏一致，最重要的是要以生理学上自然的方式泵血。”
然而，生物医学工程师马齐亚尔·阿尔法伊（Maziar Arfaee）指出，仅靠软体机器人技术还不足以实现这一目标。他与埃因霍温理工大学的奥弗维尔德共同领导着阿姆斯特丹荷兰研究委员会（AMOLF）的混合心脏研究项目。阿尔法伊表示，他们还在研究电池技术和无线能量传输方面的进展，希望能开发出无需外部电源的自主驱动心脏。
在这方面，混合心脏的软体机器人技术还需要尽量减少对体外电子设备的依赖。阿尔法伊的灵感来自某些番茄酱瓶盖上的塑料阀门：轻轻挤压瓶盖就能产生持续的气流，使阀门反复开合，无需使用振荡电路。通过调节气流频率，可以调整脉动频率。
这种“番茄酱原理”被应用于克鲁因团队正在测试的两种软体机器人工心脏辅助装置中。
第一种设计是由热塑性聚氨酯（TPU）和尼龙材料制成的软质全人工心脏。
该设计中，一个类似天然心脏隔膜肌肉的充气执行器位于左右心室之间，通过气流使血液进出心室。阿尔法伊解释说：“我们借鉴了天然心脏的隔膜结构，在心室之间放置了一个气囊来推动血液流动。”
在这个系统中，脉冲由反馈控制系统调节，外部微控制器感知血压并控制隔膜的脉动。长期目标是将所有实时计算和传感电路集成到人工心脏中，使其无需外部设备即可工作。
阿尔法伊还表示，他们还希望开发出自供电、无线充电的心脏，从而摆脱对外部电源的依赖。
在这方面，混合心脏的软体机器人技术还需要减少对外部电子设备的依赖。阿尔法伊的灵感来自番茄酱瓶盖上的阀门：轻轻挤压瓶盖会产生气流，使阀门反复开合。
这种“番茄酱原理”也被应用于两种软体机器人工心脏辅助装置中。
他们的第二个设计是一个单心室装置，用于测试3D打印执行器在心脏辅助系统中的作用。这种执行器在工业软体机器人领域越来越受欢迎，有望用于LVAD或全人工心脏。
所有这些设计都致力于实现更接近天然心脏的功能。生物医学工程师马齐亚尔·阿尔法伊表示，他们还在研究电池技术和无线能量传输的进步，希望开发出无需外部电源的心脏。
观察者们认为，软体机器人技术还有其他优势。英国巴斯大学（University of Bath）的机械工程高级讲师凯瑟琳·弗雷泽（Katharine Fraser）指出，软体机器人技术有助于减少现有辅助装置导致的血栓和感染问题。
弗雷泽指出：“旋转叶轮或机械阀门间隙会对血液造成损伤，而软体机器人技术能更温和地泵血，从而避免这些问题。”
所有辅助装置都需要动力来源，现有装置通常依赖气动或液压系统，但这些途径容易导致细菌感染。阿尔法伊建议使用无线电力传输来避免这些问题。
目前，他们的动物实验表明，这种技术已取得初步成功：他们的人工心脏让一只山羊存活了50分钟。他们的最终目标是让动物（山羊和绵羊的心脏大小与人类相似）存活三个月，预计四年后可以实现这一目标。如果获得更多资助和监管许可，他们将开展人体试验。
“我们仍在不断改进设计，”克鲁因说，“希望未来能实现只有一个原型在动物身上进行测试。”
她对这项技术的未来充满期待：“作为心脏病专家，我们见过许多因缺乏捐献心脏而死亡的患者。我们希望能实现这一目标，让这些患者重获新生。”
保罗·马克斯（Paul Marks）是一位驻英国伦敦的科学和技术记者。
