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【焦点】科学家开始研制有活体组织和细胞的生物机器人

2016-08-15 09:48
夜隼008
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  说到传统的机器人,你可能会想到由金属和塑料制成的一些东西。这种由螺帽和螺栓拼装起来的机器人是由硬金属制成的。

  随着机器人在试验室之外的领域承担的任务越来越多,这种死板的系统可能会给人类带来巨大的安全隐患。例如,如果一台工业机器人撞到人,那很可能会造成瘀伤甚至骨折的后果。

  人类已经开始研究如何让机器人变得更安全或更柔顺,从冰冷的机器变成柔顺的宠物。

  与电动机这样的传统致动器配合使用时,就像使用空气肌肉或者给电动机加上弹簧一样。

  例如,Whegs机器人就是在电动机和轮腿之间加上了一个弹簧,如果机器人撞到其他东西比如人,弹簧就可以起到减震和缓冲的作用,这样人就不会受伤了。Roomba吸尘机器人就是另一个例子,它也安装了缓冲器,因此当它撞到家具时也不会损坏家具。

  但是现在人们开始朝着另一个方向研究了,人们想把机器人与活体组织结合在一起,研制出能够利用活体肌肉组织或细胞致动的机器人。这些机器人可以利用电子信号或者光线来激活,让细胞组织与它们的骨骼连接在一起,从而让机器人作出各种动作。

  这种机器人可以像动物一样四处走动,而且躯体会是软的。在与人类共处的时候,它们也会比传统的机器人更加安全,对周围的环境造成的危害也会比较小。当然,既然像动物一样由活体组织或细胞构成,它们也需要摄取营养以维持肌肉的活性。从重量的角度上来说,这种生物机器人会比传统机器人更轻盈一些。

  研究员们正在通过培育活体细胞来研制生物机器人,他们用来培育活体细胞的材料通常是老鼠或小鸡的心脏肌肉或骨骼肌肉,培育载体是对细胞组织无损害的支架。如果以高分子材料作培育基板,那么他们研制出来的设备就是生物机器人,一种介于天然材料和人造材料之间的混合体。

  如果只是将细胞放在一个模具骨骼上而不加以引导,那么它们发育的方向就是随机的。这意味着当研究员们利用电子信号让它们移动的时候,细胞组织的收缩力就会是散发性的,这就会降低生物机器人的执行效率。

  所以为了更好地控制细胞组织产生的力,研究员们转向微成型技术。我们在细胞组织附着的骨骼上刻下或印上微小的线条,它们就会引导着细胞组织按照预定好的模式生长。

  控制了细胞组织的生长方向之后,研究员们就可以控制细胞组织施加到基板上的力的大小和方向,从而控制生物机器人的动作。

  生物机器人的创意来自动物

  除了大批生物混合型机器人之外,研究员们甚至利用纯天然材料研制出一些完全由活体组织构成的机器人。有些机器人在电场的刺激下可以做出爬行或游泳的动作。有些机器人的开发灵感则来自于医学组织工程技术,它们利用长长的矩形手臂来拖动自己前进。

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