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科学家用蛞蝓肌肉和3D打印制造出生物混合机器人

文章来源:网络人气:518发表时间:2016-07-21 09:00:00

  就在刚刚过去的一周,大家看到了能响应光线的3D打印生物混合体(Biohybrid)——迷你魔鬼鱼,现在,美国俄亥俄州的一个专家团队公布了他们自己的生物混合体:一个由海蛞蝓肌肉细胞和3D打印聚合物身体组成的爬行动物。据悉这种3D打印的生物机器人很适合探索海底,寻找飞机残骸或有毒物质泄漏。

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  Webster说明说,他们特别热衷于构建可以在海底或河底爬行的生物混合体。当前的机器人技术还做不到,但科学家从一种在地上滑行的海蛞蝓身上看到了这种潜力。具体来说,研究人员发现他们所寻找的目标就在海蛞蝓的嘴上,而不是海蛞蝓的运动肌肉。通过从加利福尼亚海蛞蝓嘴上得到的一种特别的肌肉,他们能够构建可以由外部电场驱动进而自主爬行的活机器。“大家正在构建一个活机器,一种非完全有机的生物复合机器人。”Webster说。

科学家用蛞蝓肌肉和3D打印制造出生物混合机器人

  Quinn教授称,他们是为了构建一种能够比动物或纯粹的人造机器人完成更多不同任务的机器人。具体来说,他们设想的是成群可以承受恶劣情况的生物复合机器人,能够确定有毒物质泄漏的源头,或者找到海底的黑匣子。这是传统机器人根本做不到的事。“传统机器人,尤其是小型传统机器人的问题之一是实行器往往是刚性的,”Webster说。

  由于要进行水下具体任务,这很快缩小了潜在生物材料的来源范围。事实证明,海蛞蝓有非常顽强的细胞,可以承受温度、盐度和潮汐的显著变化。他们甚至可以很容易经受从海洋环境到池塘和河流。总之,它们是最顽强的生物之一,是一个完美的生物材料来源。

  最初,研究人员并没有特别专注于该生物的口腔肌肉,只是关注肌肉细胞。它们都是符合要求的——能够从周围培养液中获取动力。更甚的是,它们比普通的致动器要软得多,具有很好的功率重量比。但他们很快发现,这些肌肉细胞在其原有的生物结构中工作得更好。“当大家将肌肉与天然生物结构结合在一起时,它强大了成百上千倍。”Akkus教授说明说。而在这方面,海蛞蝓的口腔颊部肌肉有最佳的结构和形式。

  在第一批生物混合体中,科学家将颊部肌肉连接到3D打印的聚合物身体和手臂上。这种肌肉可以随着电力收缩和释放,形成一种摇摆运动,推动机器人前进。在早期的测试中,机器人每分钟移动约0.4厘米。此外,这种运动可以通过生物自己的神经中枢,也就是控制神经系统的神经细胞簇来控制。“相比于采用人工控制,使用神经中枢能让肌肉进行更复杂的运动,而且它会有学习的能力,”Webster说明。

  潜力是显而易见的,这些生物展示了生物工程所创造的可能性。随着时间的推移,研究人员希翼将这个概念变成完全的有机机器人,可以响应一系列简单信号而移动。在这种情况下,这种生物将不再是3D打印,而是由鼻涕虫的皮肤和胶原蛋白构建,将它们包裹在一起形成轻型支架。最重要的是,它们将非常便宜,可以在不可能回收的情况下释放。该生物可以被生物降解,任务完成后能够很容易地被吃掉或自然分解。

  要做到这一点,科学家们显然还有很多工作要做。目前该研究团队还没有披露他们的下一步计划。本周晚些时候Webster将带着他们的成果苏格兰爱丁堡举行的LivingMachines会议上展示。

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