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研究人员建造的由肌肉和神经推动的微观生物混合机器人

时间：2022-02-24 14:25:06 来源：

这是艺术家对新一代生物机器人的渲染，这些生物机器人是由车载运动神经元刺激的骨骼肌组织提供动力的软机器人设备。

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与自主生物机器人的开发相距更近了一步。

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，开发了首款由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，但它们无法感知环境或做出任何决定。”

由赛义夫（Saif）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僵尸，它们由机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：暴露在光线下，神经元将发动以致动肌肉。

赛夫说：“我们应用了一种光遗传神经元细胞培养物，它来源于小鼠干细胞，与肌肉组织相邻。”“神经元向肌肉前进并形成神经肌肉接头，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之后，研究小组致力于优化游泳者的能力。

“我们使用由机械科学和工程学教授Mattia Gazzola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，” Saif说。“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。”

研究团队从左至右包括Taher Saif教授，研究生Onur Aydin，研究生Xiastian Zhang，教授Mattia Gazzola，研究生Gelson J. Pagan-Diaz，就座，格拉辛工程学院教授兼院长，拉希德·巴希尔（Rashid Bashir）。

“鉴于生物执行器或生物机器人还不如其他技术成熟，因此它们无法产生巨大的力量。这使他们的运动难以控制。” Gazzola说。“精心设计生物机器人生长并与之互动的支架，以充分利用技术并实现机车功能，这一点非常重要。我们运行的计算机仿真在此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，并仅选择最有前途的设计来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在生物混合系统内进一步整合神经单位铺平了道路。”“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，就像活有机体一样，不会有两台生物杂交机器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受到的伤害与其他人不同-这是生命机器的独特属性。”

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美国国家科学基金会科学技术中心-集成蜂窝系统的新兴行为和NSF的研究与创新新兴领域资助支持了这项研究。

参考：Onur Aydin，张晓田，Sittinon Nuethong，Gelson J.Pagan-Diaz，Rashid Bashir，Mattia Gazzola和M.Taher A.Saif的“生物混合动力机器人的神经肌肉致动”，国家科学院学报。 DOI：
10.1073 / pnas.1907051116

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