科學(xué)家用蛞蝓肌肉和3D打印制造出生物混合機(jī)器人

寂靜天花板

就在剛剛過去的一周，我們看到了能響應(yīng)光線的3D打印生物混合體（Biohybrid）——迷你魔鬼魚，現(xiàn)在，美國(guó)俄亥俄州的一個(gè)專家團(tuán)隊(duì)公布了他們自己的生物混合體：一個(gè)由海蛞蝓肌肉細(xì)胞和3D打印聚合物身體組成的爬行動(dòng)物。據(jù)悉這種3D打印的生物機(jī)器人很適合探索海底，尋找飛機(jī)殘骸或有毒物質(zhì)泄漏。
& y) v6 s' d2 J. y# h6 y Webster解釋說，他們特別熱衷于構(gòu)建可以在海底或河底爬行的生物混合體。當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)還做不到，但科學(xué)家從一種在地上滑行的海蛞蝓身上看到了這種潛力。具體來說，研究人員發(fā)現(xiàn)他們所尋找的目標(biāo)就在海蛞蝓的嘴上，而不是海蛞蝓的運(yùn)動(dòng)肌肉。通過從加利福尼亞海蛞蝓嘴上得到的一種特別的肌肉，他們能夠構(gòu)建可以由外部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)進(jìn)而自主爬行的活機(jī)器�！拔覀冋�在構(gòu)建一個(gè)活機(jī)器，一種非完全有機(jī)的生物復(fù)合機(jī)器人�！盬ebster說。
Quinn教授稱，他們是為了構(gòu)建一種能夠比動(dòng)物或純粹的人造機(jī)器人完成更多不同任務(wù)的機(jī)器人。具體來說，他們?cè)O(shè)想的是成群可以承受惡劣情況的生物復(fù)合機(jī)器人，能夠確定有毒物質(zhì)泄漏的源頭，或者找到海底的黑匣子。這是傳統(tǒng)機(jī)器人根本做不到的事�！皞鹘y(tǒng)機(jī)器人，尤其是小型傳統(tǒng)機(jī)器人的問題之一是執(zhí)行器往往是剛性的，”Webster說。
& ^! n5 q9 W( _2 q8 X  x+ P由于要進(jìn)行水下具體任務(wù)，這很快縮小了潛在生物材料的來源范圍。事實(shí)證明，海蛞蝓有非常頑強(qiáng)的細(xì)胞，可以承受溫度、鹽度和潮汐的顯著變化。他們甚至可以很容易經(jīng)受從海洋環(huán)境到池塘和河流�？傊�，它們是最頑強(qiáng)的生物之一，是一個(gè)完美的生物材料來源。
, Q5 ]: l4 P1 z, V( r$ p最初，研究人員并沒有特別專注于該生物的口腔肌肉，只是關(guān)注肌肉細(xì)胞。它們都是符合要求的——能夠從周圍培養(yǎng)液中獲取動(dòng)力。更甚的是，它們比普通的致動(dòng)器要軟得多，具有很好的功率重量比。但他們很快發(fā)現(xiàn)，這些肌肉細(xì)胞在其原有的生物結(jié)構(gòu)中工作得更好�！爱�(dāng)我們將肌肉與天然生物結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起時(shí)，它強(qiáng)大了成百上千倍�！盇kkus教授解釋說。而在這方面，海蛞蝓的口腔頰部肌肉有最佳的結(jié)構(gòu)和形式。
在第一批生物混合體中，科學(xué)家將頰部肌肉連接到3D打印的聚合物身體和手臂上。這種肌肉可以隨著電力收縮和釋放，形成一種搖擺運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。在早期的測(cè)試中，機(jī)器人每分鐘移動(dòng)約0.4厘米。此外，這種運(yùn)動(dòng)可以通過生物自己的神經(jīng)中樞，也就是控制神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)細(xì)胞簇來控制�！跋啾扔诓捎萌斯た刂�，使用神經(jīng)中樞能讓肌肉進(jìn)行更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，而且它會(huì)有學(xué)習(xí)的能力，”Webster解釋。
潛力是顯而易見的，這些生物展示了生物工程所創(chuàng)造的可能性。隨著時(shí)間的推移，研究人員希望將這個(gè)概念變成完全的有機(jī)機(jī)器人，可以響應(yīng)一系列簡(jiǎn)單信號(hào)而移動(dòng)。在這種情況下，這種生物將不再是3D打印，而是由鼻涕蟲的皮膚和膠原蛋白構(gòu)建，將它們包裹在一起形成輕型支架。最重要的是，它們將非常便宜，可以在不可能回收的情況下釋放。該生物可以被生物降解，任務(wù)完成后能夠很容易地被吃掉或自然分解。
要做到這一點(diǎn)，科學(xué)家們顯然還有很多工作要做。目前該研究團(tuán)隊(duì)還沒有披露他們的下一步計(jì)劃。本周晚些時(shí)候Webster將帶著他們的成果蘇格蘭愛丁堡舉行的Living Machines會(huì)議上展示。

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