3D打印肌肉驅(qū)動(dòng)生物機(jī)器人可以根據(jù)命令移動(dòng)

南極熊3D打印網(wǎng)報(bào)道
    基于細(xì)胞的軟機(jī)械設(shè)備可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)可以對(duì)復(fù)雜的環(huán)境信號(hào)感應(yīng)和反應(yīng)的機(jī)械和系統(tǒng)。
    伊利諾伊大學(xué)厄本那香檳分校的工程師在周三的時(shí)候演示了一節(jié)課堂，關(guān)于3D打印、由肌肉細(xì)胞驅(qū)動(dòng)、電脈沖控制的行走“生物機(jī)器人”。

    這個(gè)由Rashid Bashir、Abel Bliss教授、伊利諾伊大學(xué)生物工程主管領(lǐng)導(dǎo)的工作小組，已然成為生物機(jī)器人的設(shè)計(jì)和建造的先行者。在2012年，他們開發(fā)了一個(gè)由心臟細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的行走生物機(jī)器人。但是由于心臟細(xì)胞不斷地收縮，研究者們難以控制，以及難以設(shè)計(jì)出一個(gè)可以開關(guān)或是加減速的生物機(jī)器人。

Rashid Bashir

    新的生物機(jī)器人是由條狀的肌肉細(xì)胞群驅(qū)動(dòng)，可以通過電脈沖激活。這種機(jī)器人是設(shè)計(jì)來模擬在身體中復(fù)雜的肌肉腱骨。
    “骨骼肌細(xì)胞非常具有吸引力，因?yàn)槟憧梢允褂猛獠啃盘?hào)控制他們的移動(dòng)?！盉ashir說，“例如，在你要設(shè)計(jì)出可以在感應(yīng)化學(xué)信號(hào)或是接受某種特定信號(hào)的時(shí)候開始運(yùn)作的設(shè)備，你就會(huì)選擇使用骨骼肌。對(duì)于我們來說，這是設(shè)計(jì)工具箱的一部分。我們想要有不同的選項(xiàng)，可以讓工程師設(shè)計(jì)這些東西的時(shí)候使用的選項(xiàng)?！?br />

    生物機(jī)器人的外部結(jié)構(gòu)是用水凝膠使用了立體光刻3D打印制作出來的，既有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也具有可以像關(guān)節(jié)一樣彎曲的靈活性。3D打印擁有“較短的制作時(shí)間、可縮放的潛能，還有空間性的控制”，研究者在一份發(fā)表的論文中這樣敘述。兩個(gè)標(biāo)桿用于固定條狀肌肉在骨架上，就像是連接肌肉和骨骼的肌腱，但是標(biāo)桿還作為了生物機(jī)器人的腳。
    電場的頻率用于確定生物機(jī)器人的速度，高頻率可以使肌肉更快地收縮，因此加快生物機(jī)器人的進(jìn)程。
    據(jù)南極熊3D打印網(wǎng)了解，下一步，研究者們將會(huì)研究如何對(duì)生物機(jī)器人的移動(dòng)獲得更好的控制，例如整合神經(jīng)元，因而可以用光或是化學(xué)梯度控制生物機(jī)器人的移動(dòng)方向。在工程方面，他們希望可以設(shè)計(jì)出水凝膠骨架，讓生物機(jī)器人可以基于不同的信號(hào)向不同方向移動(dòng)。
    由于3D打印，工程師們得以快速地探索不同的外形和設(shè)計(jì)。Bashir和他的同事們還計(jì)劃整合一臺(tái)3D打印機(jī)到本科生實(shí)驗(yàn)課程中，讓學(xué)生們也可以設(shè)計(jì)不同類型的生物機(jī)器人。
    研究者希望這種系統(tǒng)有一天可以最終進(jìn)化為一代生物機(jī)器，可以協(xié)助藥物運(yùn)送、外科手術(shù)機(jī)器人、“智能”植入等等。
    “用這些基于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)做正向工程的想法讓人非常激動(dòng)?！盉ashir說，“我們的目標(biāo)是是讓這些設(shè)備能作為自主傳感器使用。例如，我們希望它可以感應(yīng)特定的化學(xué)物質(zhì)然后定向移動(dòng)，再釋放藥劑中和毒素。如何控制刺激將是幫助我們向這個(gè)目標(biāo)前進(jìn)很重要的一步。”

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