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科學家借助3D打印研發出可光控的生物機器人

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-12-19瀏覽次數:1478

最近,伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校的科學家開發出了一種由活肌細胞和3D打印框架組成的生物機器人。關鍵是它可以看到(或感知光線) - 并朝著光線照射的地方移動。據科學家們介紹,當一個光控環形肌肉驅動器響應光刺激并產生高達0.56 kPa的力時,它被整合到3D打印生物機器骨架的框架中,它可以驅動后者的方向性。運動和旋轉轉向為動態生物機器的未來發展提供了一個模型,可以實時響應環境信號。

該研究由伊利諾伊大學生物工程主管Rashid Bashir領導,研究結果發表在最近發表的《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

“光以非侵入方式控制這些機器,”巴希爾說。 “這為我們提供了機器人設計和移動的靈活性。我們必須實現的最低目標是生物系統的前瞻性設計。我們相信光控是實現這一目標的重要一步。“

在此之前,Bashir的團隊已經證明機器人可以被電場激活,但Bashir說電會對生物環境產生不利的副作用,并且機器人無法通過選擇性刺激肌肉的不同區域來控制。而這種新的光刺激技術造成的傷害更小,研究人員可以控制生物機器人向不同方向移動。 Bashir說,生物機器人將轉向并向光刺激的方向前進。

研究人員首先開發了一種基于小鼠肌肉細胞系的肌肉環。在該肌肉細胞中添加了引起特定波長的藍光的基因,以刺激肌肉收縮。這稱為光遺傳學。技術。這個肌肉環纏繞在3D打印的柔性框架上,其長度從7毫米到2厘米不等。

“這些骨骼肌環由我們的工程師制成圓形或橡皮筋狀形狀,因為我們希望它們是模塊化的,”該論文的第一作者和研究生Ritu Raman說。 “這意味著我們可以將它們用作構建模塊,并將3D打印的骨架組合成可用于各種應用的生物機器人。”

除了模塊化設計外,薄肌肉環還可以使光線和營養成分輕松傳播到組織的各個方面。這與早期生物機器人的設計相反,早期生物機器人通常使用厚厚的肌肉組織在骨骼周圍生長。

研究人員嘗試了各種尺寸和形狀,以找到最適合機芯的配置。此外,他們每天鍛煉肌肉環,使用閃光燈觸發肌肉并使其更強壯,這樣每次收縮時,機器人都會進一步移動。

“這是一個非常靈活的設計,”巴希爾說。 “通過這些(肌肉)環,我們可以連接3D打印骨架上的任何兩個關節或鉸鏈。我們可以有多條腿和多個環。使用光線,我們可以控制它們的移動方向。人們現在可以用它來構建更先進的機器人系統。“

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