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科学家在下一代软材料中模仿神经组织

时间：2022-01-25 18:25:29 来源：

新的突破性材料可能导致未来的自主软机器人，双传感器和柔软外骨骼的致动器，或人工皮肤。（礼貌照片）

Brandeis大学的美国军资助的研究人员已经发现了一种工程工程的下一代软材料，具有模仿神经组织的行为的嵌入式化学网络。突破性材料可能导致自主软机器人，双传感器和用于软骨骼的致动器，或人造皮肤。

该研究为陆军研究办公室工程学董事会的复杂和动态系统计划经理Marion Stanton博士表示，该研究奠定了高度分布式和紧密综合的传感，致动，计算和控制。美国陆军研究实验室的元素，位于北卡罗来纳州达勒姆的研究三角公园。

ARO资金研究，以启动越来越多的组织，教育机构，非营利组织和私营行业的科学和深远的技术发现，可能会使未来美国士兵更强大和更安全。

研究团队，由物理学教授的Markeis大学Seth Fraden博士领导，从游泳蓝鳗的令人着迷的蜿蜒动作中汲取灵感，并且如何在自然系统移动和缺乏人工系统中缺乏这种协调和平稳的运动之间的令人困惑的巨大差距。

弗拉德说，我们的研究兴趣正好在物理学，化学，生物学和材料科学中。“我们的实验室是跨学科，但我们也参与了几个多调查员项目。”

驳回越来的作品寻求回答关键问题，例如为什么有动画和无生命之间存在这种无效，我们从不混淆两者，如果工程师可以创造具有类似属性的材料与生物体，但是从无生命的物体构成，我们可以那么只使用化学品和避免电机和电子产品？

越来越深，渐渐研究了鳗鱼中存在的鳗鱼中存在的一种神经网络，从而产生了将鳗鱼脊柱传播到节奏地驱动游泳肌的化学脉冲的波。

Fraden的实验室通过首先构建产生相同的神经激活模式生物学家的控制装置，实现了工程的挑战。在那里，他们创建了一种在化学力上运行的控制系统，如生物学中所做的，而无需诉诸任何计算机或机电设备，这些设备是人造的，硬机器人技术的标志。

如果驳地和他的团队意识到相同的CPG动态，如果使用称为Belousov-Zhabotinsky反应的众所周知的振荡化学过程，可以在非生物学平台上捕获相同的CPG动态。该实验室为纳米尺度开发了用于软材料工程人工化学网络的最先进的制造技术，即总共能够生产各种各样的图案。它们由此产生的鲁棒化学网络产生了与EEL的中心图案发生器相同的分布式动态模式。

弗拉德登注意到，他们所识别的工程原则是一般的，可以应用于设计各种其他中央图案发生器，例如负责其他自主功能的人，例如马的步态，例如，走路，慢跑，小跑和驰骋。“

该研究表现为3月7日筹委会的封面文章，筹码的实验室，这是一个同行审查的科学期刊出版初级研究和审查微型和纳米规模的小型化方面的审查文章。由于科学审查过程中获得的特别高分，因此工作赢得了作为期刊的“热文章”之一。

“在高速速度军事机动和运营中实现机器人增强的突破需要扰乱智能系统的概念，因为僵硬的多体平台优化，在整个笨拙的地形中被优化，”斯坦顿说。“需要基础研究将智能材料从固定属性和机械师的当前范式转移到具有外在和集中控制的软活性复合材料的新范例，具有前所未有的动态功能，通过最大底物嵌入紧密集成，分散和高度分布式的内在内部（基于材料）感测，致动和控制。“

作为下一步，驳福的实验室将承担从化学网络中转移编码的信息编码的信息，以在新型化学机械凝胶内产生目标机械响应。这可以从人工材料模仿神经组织到现在模拟神经肌肉组织的人工组织的研究转变。

出版物：Thomas Litschel等，“工程反应扩散网络具有神经组织性质”，Lab Chip，2018; DOI：10.1039 / C7LC01187C

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