科學家用蛞蝓肌肉和3D打印制造出生物混合機器人

寂靜天花板

就在剛剛過去的一周，我們看到了能響應光線的3D打印生物混合體（Biohybrid）——迷你魔鬼魚，現在，美國俄亥俄州的一個專家團隊公布了他們自己的生物混合體：一個由海蛞蝓肌肉細胞和3D打印聚合物身體組成的爬行動物。據悉這種3D打印的生物機器人很適合探索海底，尋找飛機殘骸或有毒物質泄漏。
Webster解釋說，他們特別熱衷于構建可以在海底或河底爬行的生物混合體。當前的機器人技術還做不到，但科學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，研究人員發現他們所尋找的目標就在海蛞蝓的嘴上，而不是海蛞蝓的運動肌肉。通過從加利福尼亞海蛞蝓嘴上得到的一種特別的肌肉，他們能夠構建可以由外部電場驅動進而自主爬行的活機器。“我們正在構建一個活機器，一種非完全有機的生物復合機器人。”Webster說。
- V" u+ Y2 ~' ~8 a* AQuinn教授稱，他們是為了構建一種能夠比動物或純粹的人造機器人完成更多不同任務的機器人。具體來說，他們設想的是成群可以承受惡劣情況的生物復合機器人，能夠確定有毒物質泄漏的源頭，或者找到海底的黑匣子。這是傳統機器人根本做不到的事。“傳統機器人，尤其是小型傳統機器人的問題之一是執行器往往是剛性的，”Webster說。
由于要進行水下具體任務，這很快縮小了潛在生物材料的來源范圍。事實證明，海蛞蝓有非常頑強的細胞，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受從海洋環境到池塘和河流。總之，它們是最頑強的生物之一，是一個完美的生物材料來源。
最初，研究人員并沒有特別專注于該生物的口腔肌肉，只是關注肌肉細胞。它們都是符合要求的——能夠從周圍培養液中獲取動力。更甚的是，它們比普通的致動器要軟得多，具有很好的功率重量比。但他們很快發現，這些肌肉細胞在其原有的生物結構中工作得更好。“當我們將肌肉與天然生物結構結合在一起時，它強大了成百上千倍。”Akkus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構和形式。
在第一批生物混合體中，科學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，形成一種搖擺運動，推動機器人前進。在早期的測試中，機器人每分鐘移動約0.4厘米。此外，這種運動可以通過生物自己的神經中樞，也就是控制神經系統的神經細胞簇來控制。“相比于采用人工控制，使用神經中樞能讓肌肉進行更復雜的運動，而且它會有學習的能力，”Webster解釋。
- X4 P6 q# E# Y0 A: f1 z潛力是顯而易見的，這些生物展示了生物工程所創造的可能性。隨著時間的推移，研究人員希望將這個概念變成完全的有機機器人，可以響應一系列簡單信號而移動。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，任務完成后能夠很容易地被吃掉或自然分解。
要做到這一點，科學家們顯然還有很多工作要做。目前該研究團隊還沒有披露他們的下一步計劃。本周晚些時候Webster將帶著他們的成果蘇格蘭愛丁堡舉行的Living Machines會議上展示。

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