【前沿】研究人员建造了由肌肉，神经推动的微观生物杂交机器人

前言

仿生生物机器人又一成绩

研究人员已开发出由神经肌肉组织驱动的软机器人装置，这些装置在受光照刺激时触发，使机械工程更接近开发自动生物机器人。

2014年，伊利诺伊大学机械科学与工程教授塔赫赛义夫和生物工程教授拉希德巴希尔领导的研究团队共同开发了第一个自行推进的生物杂交游泳和步行生物机器人，这些生物机器人通过击打来自大鼠的心肌细胞来提供动力。

“我们的第一项游泳运动员研究成功地证明，以精子细胞为模型的机器人实际上可以游泳，”赛义夫说。“那一代单尾机器人利用心脏组织独自跳动，但他们无法感知环境或作出任何决定。”

在由Saif领导的“美国国家科学院院刊”上发表的一项新研究中，研究人员展示了由机载运动神经元刺激的骨骼肌组织驱动的新一代双尾机器人。神经元具有光遗传学特性：暴露在光线下时，神经元会激活以激活肌肉。

“我们应用了一种来自小鼠干细胞的光遗传神经元细胞培养物，靠近肌肉组织，”赛义夫说。“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。

研究小组左起包括Taher Saif教授，研究生Onur Aydin，研究生Xiastian Zhang，Mattia Gazzola教授，研究生Gelson J. Pagan-Diaz，坐着，以及Grainger工程学院教授兼院长Rashid Bashir 。图片来源：L.Brian Stauffer

“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网络的分层组织来推进生物混合神经肌肉设计。”

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。”

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文章来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校

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