科学家用神经元和光致肌肉组织打造微观生物力量

科学家用神经元和光致肌肉组织打造微观生物杂交机器人

可以安全地在人体等生物环境中导航的微型、柔软机器人，或许会给医疗行业带来一场翻天覆地的变革。但前提是，它们要能够在这种独特的环境中移动，这显然不是一件轻松的事情。9月17日消息，来自伊利诺伊大学的一支科学家团队，刚刚描述了他们的最新研究成果 —— 一种纯粹由运动神经元、肌肉组织和光线混合推动的生物机器人。有关这项研究的详情，已经发表在了近日出版的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

新方案结合了最近十年来的集成心肌细胞技术、以及光致推进系统，这种新型生物机器人能够自行走动和游泳。伊利诺伊大学机械科学与工程学系教授 Taher Saif 表示：其首个‘游泳健将’成功地证明了以精子细胞为模型的生物机器人可以切实地运动。作为对比，第一代单尾机器人能够利用心脏组织独自跳动，但无法感知环境或作出任何响应。

后来他们继续努力，开发出了一种双尾生物机器人。它由分层的骨骼肌肉组织作为软支架，以及来自小鼠干细胞的光致响应运用神经元组成。

当暴露在光线下时，神经元会发射信号，让肌肉作为致动器的齿轮，以推动生物机器人的前进。这么做最大的意义，就是它是完全可生物降解的。无需外接电池，即可扩张和收缩。

相比之下，旧版生物机器人使用电子信号来触发这个过程。而想要通过神经元来打造“智能机器人”，则是研究人员的一个长期目标。研究团队在论文中写到：我们实现了里程碑式的生物混合神经肌肉驱动机器人，为该平台的未来发展铺平了道路。作为一个模型，其能够帮助大家更深入地了解电机控制，或对机器人、生物工程和健康领域产生广泛的影响。

在确认神经肌肉组织与其合成生物机器人骨架相容后，该团队努力优化游泳运动员的能力。

“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，”赛义夫说。“例如，我们研究了尾部和尾部长度的变化，以便最有效地设计生物混合游泳者。”

“鉴于生物执行器或生物机器人不像其他技术那样成熟，它们无法产生大的力量。这使得它们的运动难以控制，”Gazzola说。“仔细设计生物机器人生长的脚手架并与之互动以充分利用技术并实现机车功能非常重要。我们运行的计算机模拟在这项任务中起着关键作用，因为我们可以跨越多种可能的设计并且只选择最有希望在现实生活中进行测试的那些。“

“ 用神经元驱动肌肉活动的能力为生物混合系统中神经元的进一步整合铺平了道路，”赛义夫说。“鉴于我们对动物神经控制的理解，有可能通过使用神经络的分层组织来推进生物混合神经肌肉设计。”

萌萌掉落的位置 赛义夫说，他和他的团队设想了这一进步，导致多细胞工程生命系统的发展，能够对生物工程，医学和自我修复材料技术中的应用进行智能响应。

然而，该团队承认，像生物一样 - 没有两台生物混合机器将发展到完全相同。

“就像双胞胎不是真正相同，两台设计用于执行相同功能的机器也不会相同，”赛义夫说。“一个人可以更快地移动或者从另一个方面受到不同的伤害治愈 - 这是生活机器的一个独特属性。”