新一代微型生物機(jī)器人能收縮肌肉。美國伊利諾斯大學(xué)厄本那香檳分校工程師展示了一類行走“生物機(jī)器人”(bio-bots)，由肌肉細(xì)胞推動(dòng)、電脈沖控制，研究人員能對(duì)其發(fā)號(hào)施令。相關(guān)論文在線發(fā)表于最近的美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

    “不管你想制造任何種類的生物機(jī)器人，由細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的生物刺激都是一項(xiàng)基本要求。”負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的伊利諾斯大學(xué)厄本那香檳分校生物工程主管拉什德·巴什爾說，“我們正在把工程原理與生物學(xué)整合在一起，設(shè)計(jì)開發(fā)生物機(jī)器人和用于環(huán)境、醫(yī)療方面的系統(tǒng)。生物學(xué)非常強(qiáng)大，如果我們能學(xué)習(xí)利用其優(yōu)勢，將帶來許多好東西。”

      巴什爾小組用3D打印技術(shù)造出一種柔韌的水凝膠和活細(xì)胞組成的生物機(jī)器人。以前，他們也曾用跳動(dòng)的小鼠心臟細(xì)胞造出一種能自己“行走”的生物機(jī)器人，但心臟細(xì)胞不停地收縮，讓他們無法控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。因此要用心臟細(xì)胞來設(shè)計(jì)生物機(jī)器人是很困難的，它不能隨意開關(guān)、加快或減慢速度。

新設(shè)計(jì)的生物機(jī)器人受自然的肌腱骨骼啟發(fā)。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，他們用3D打印水凝膠制成主骨，既能支持生物結(jié)構(gòu)，又能像關(guān)節(jié)一樣彎曲。再把一條肌肉錨在主骨上，就像肌腱把肌肉附著在骨骼上。生物機(jī)器人的速度由電脈沖頻率來控制，頻率越高，肌肉收縮越快，生物機(jī)器人也就走得越快。

    “骨骼肌細(xì)胞很有吸引力，你可以用外部信號(hào)來調(diào)整它的步調(diào)。”巴什爾說，“比如設(shè)計(jì)一種設(shè)備，讓它能在感覺到某種化學(xué)物質(zhì)或接到某個(gè)信號(hào)時(shí)開始工作，可以使用骨骼肌。我們把它作為設(shè)計(jì)工具之一，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，還有不同的方案。”

    “這完全是自然的，我們的研究基于仿生設(shè)計(jì)原則，如肌肉骨骼系統(tǒng)的自組織。”論文第一作者、研究生卡洛琳·茨威特科維奇說，“本成果代表了生物機(jī)器開發(fā)與控制方面的重要一步，能夠刺激、訓(xùn)練或培養(yǎng)它們來工作。這種系統(tǒng)最終可能發(fā)展成一代生物器，用于藥物遞送、手術(shù)機(jī)器人、‘智能’移植、移動(dòng)環(huán)境分析器等。”

      下一步，研究人員將加強(qiáng)對(duì)生物器運(yùn)動(dòng)的控制，像集成神經(jīng)元那樣，用光或化學(xué)物質(zhì)控制生物器向不同方向運(yùn)動(dòng)。“我們的目標(biāo)是把這些設(shè)備用作‘自主傳感器’。”巴什爾說，“比如，讓它能感覺到某種化學(xué)物質(zhì)，朝它運(yùn)動(dòng)并釋放中和劑。刺激控制生物器是向此目標(biāo)邁進(jìn)的一大步。”(來源：新華社 )