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研究人员建造了由肌肉神经推动的微观生物混合机器人张震

2022年08月22日

研究人员建造了由肌肉，神经推动的微观生物混合机器人

研究人员已经开发了由神经肌肉组织驱动的软机器人设备，这些设备在受到光刺激时就会触发，从而使机械工程技术比自主生物机器人的开发更近一步。

2014年，由伊利诺伊大学机械科学与工程教授Taher Saif和生物工程教授Rashid Bashir领导的研究团队共同合作，开发了首款通过击败大鼠心肌细胞驱动的自行式生物杂交游泳和步行生物机器人。

赛夫说：“我们的第一项游泳研究成功地证明，以精子细胞为模型的机器人实际上可以游泳” “那一代单尾机器人利用了自己跳动的心脏组织，但是他们无法感知环境或做出任何决定。”

由赛义夫在《美国国家科学院院刊》上发表的一项新研究中，研究人员展示了新一代的两尾机器人，它们由车载运动神经元刺激的骨骼肌组织提供动力。神经元具有光遗传学特性：暴露于光线下，神经元将发射光以致动肌肉。

赛夫说：“我们在小鼠肌肉组织附近应用了一种来自小鼠干细胞的光遗传神经元细胞培养物。” “神经元向肌肉前进并形成神经肌肉连接，游泳者自行组装。”

在确认神经肌肉组织与其合成的生物机器人骨骼兼容后，研究小组致力于优化游泳者的能力。

研究团队从左至右包括Taher Saif教授，研究生Onur Aydin，研究生Xiastian Zhang，Mattia Gazzola教授，Gelson J. Pagan-Diaz研究生，Rashid Bashir的Grainger工程学院教授和系主任。

赛夫说：“我们使用了由机械科学和工程学教授马蒂亚·加佐拉领导的计算模型来确定哪些物理属性将导致最快和最有效的游泳。” “例如，我们研究了最有效地设计生物杂交游泳者的尾巴和尾巴长度的变化。”

Gazzola说：“鉴于生物致动器或生物机器人不如其他技术成熟，因此它们无法产生大的力。这使它们的运动难以控制。” “非常重要的一点是，精心设计生物机器人能够生长和相互作用的支架，以充分利用技术并实现机车功能。

我们运行的计算机模拟在这项任务中起着至关重要的作用，因为我们可以跨越许多可能的设计并只选择最有前途的工具进行现实生活中的测试。”

赛夫说：“神经元驱动肌肉活动的能力为进一步将神经单位整合到生物混合系统中铺平了道路。” “鉴于我们对动物神经控制的理解，通过使用神经网络的层次组织，生物混合型神经肌肉设计可能会向前发展。”

赛义夫说，他和他的团队预见到了这一进步，将导致多细胞工程化生活系统的发展，该系统具有对环境线索进行智能响应的能力，可应用于生物工程，医学和自愈材料技术。

但是，研究小组承认，就像生物一样，没有两个生物杂交机器会发展成为完全相同的机器。

赛义夫说：“就像双胞胎并不完全一样，设计用于执行相同功能的两台机器也不一样。” “一个人可能移动得更快，或者受到的伤害与其他人不同，这是生命机器的独特属性。