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微警用
3D打印研发可光控生物机器人
2016-03-18 10:31:55 来源 : 环球网
中国国际警用装备网讯：日前，来自伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的科学家们研发出了一种由活肌肉细胞和3D打印框架组成的微型生物机器人（bio-bots），这种生物机器人的特殊之处在于它能够看到（或者说感应到光）--并能够朝着光闪耀的地方运动。 按照科学家们的话说，就是当对光刺激做出反应产生至多0.56千帕力量的光控环形肌肉执行器被纳入到一个3D打印的生物机器骨骼的框架中的时候，它可以驱动后者方向性运动和旋转转向，这为未来开发能实时对环境信号做出响应的动态生物机器提供了一个样板。
这项研究由伊利诺伊大学生物工程的负责人Rashid Bashir领导，该研究结果已经发表在了近期出版的《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。
“光是以一种非侵入性的方式来控制这些机器的。”Bashir说：“这给了我们的设计和机器人的运动带来了灵活性。我们所要完成最低目标是生物系统的正向设计，我们认为光控制是实现这一目标的重要一步。”
在此之前，Bashir的团队已经证明了可以通过电场来激活生物机器人，但是Bashir说电会对生物环境造成不良的副作用，而且无法通过对肌肉的不同区域进行选择性刺激来控制机器人。而这种新的光刺激技术造成的伤害更小，而且研究人员可以控制生物机器人向不同的方向运动。这种生物机器人会转身朝向光刺激的方向走，Bashir说。
研究人员首先在小鼠肌肉细胞系的基础上生长出肌肉环，这种肌肉细胞被加入了一种基因，导致一定波长的蓝色光能够刺激肌肉收缩，这是一种被称为光遗传学的技术。这种肌肉环被绕在了3D打印而成的柔性框架上，这些架子的长度从7毫米到2厘米不等。
“这些骨骼肌环被我们的工程师们制作成了环形或者类似橡皮筋的形状，因为我们希望它们是模块化的。”该论文的第一作者、研究生Ritu Raman说。“这意味着我们可以把它们作为构建模块，并结合3D打印骨架制作成可用于各种应用的生物机器人。”
此外除了模块化设计之外，薄薄的肌肉环也使得光线和养分很容易扩散到组织的各个方面。这与早期生物机器人的设计是相反的，那个时候往往会使用厚条状的肌肉组织来围绕着骨骼生长。
研究人员们尝试了各种尺寸和形状骨架来找到最适宜运动的配置。此外，他们还每天锻炼肌肉环，即使用闪光灯来触发肌肉，使它们更强壮，这样它们的每次收缩会使机器人移动得更远。
“这是一个非常灵活的设计。”Bashir说：“使用这些（肌肉）环，我们可以连接3D打印骨架上的任何两个关节或者铰链。我们可以有多个腿和多个环。使用光，我们可以控制它们移动的方向。人们现在可以用它打造更加高阶的机器人系统。”
据天工社了解，这项研究实际上是集成细胞系统的应急行为（EBICS，Emergent Behaviors of Integrated Cellular Systems）项目的一部分，该项目由美国国家科学基金（NSF）资助。在2015年秋季，EBICS项目就接受了NSF总额高达2500万美元，为其5年的研究资助，使得Bashir和他的同事们可以继续开发生物机器人技术在诊断、医学、遥感等领域的各种应用。
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