日本研究用活體肌肉構(gòu)建機(jī)械手指 生物混合技術(shù)突破

據(jù)國外媒體報道，通過讓人工骨架“長”出肌肉，日本研究人員構(gòu)建了一個既非常靈活，又十分耐用的“生物混合”(biohybrid)機(jī)械手指。這項(xiàng)突破或許將帶來更加真實(shí)的機(jī)器人，以及更加先進(jìn)的義肢。

生物混合機(jī)器人技術(shù)是將活體的生物組織與人工機(jī)械結(jié)合的工程技術(shù)?？茖W(xué)家先是在實(shí)驗(yàn)室中培育出心肌或骨骼肌組織，將其固定在柔韌材料上并使其收縮和舒張，從而打造出十分靈活的“賽博格”(cyborg)，即機(jī)械化有機(jī)體。這些肌肉能使原本沒有活力的機(jī)械部分完成諸如抓握和行走等動作。

不過，問題在于這些改造的肌肉組織往往會隨時間推移——通常是因?yàn)檫^度使用——而萎縮并喪失功能。

根據(jù)近期發(fā)表于《科學(xué)-機(jī)器人學(xué)》(Science Robotics)雜志的論文，日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所的研究者開發(fā)出了一款像人類手指一樣靈活的機(jī)械關(guān)節(jié)，能比類似的生物混合設(shè)備工作更長時間。這種機(jī)械手指的肌肉不僅能收縮，而且還能舒張，從而延長了使用壽命。

由Yuya Morimoto和Shoji Takeuchi領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)采用一小塊實(shí)驗(yàn)室生長的未成熟動物肌肉細(xì)胞，將其放在幾張水凝膠薄片上，通過液體浴(這些肌肉細(xì)胞無法在液體生長介質(zhì)以外存活)使它們繼續(xù)生長直至成熟。

水凝膠薄片錨定在機(jī)械骨架上，而更關(guān)鍵的是將肌肉以“對抗”形式成對排列，使它們以相反的方式工作。

“在構(gòu)建好肌肉之后，我們成功地使它們在機(jī)器人中彼此對抗，也就是在一條肌肉收縮的同時，另一條肌肉舒張，就像身體中的肌肉一樣，”Takeuchi在聲明中解釋道，“它們對彼此施加相反的力量，可以防止萎縮和退化，避免出現(xiàn)之前研究中出現(xiàn)的情形。”

當(dāng)肌肉在機(jī)械骨架上固定好之后，研究人員便用電極誘導(dǎo)肌肉收縮，帶動關(guān)節(jié)活動。

在試驗(yàn)中，機(jī)械手指可以輕巧地將一個小環(huán)放在目標(biāo)上;兩根機(jī)械手指還可以相互協(xié)作，提起更重的物體，比如塑料方框。這些機(jī)械手指可以正常工作一個星期以上。實(shí)驗(yàn)表明新的方法十分有效，這些肌肉還可以像手指一樣彎曲成90度。

研究人員希望加入更多的肌肉，開發(fā)出更為復(fù)雜的機(jī)器人設(shè)備。他們的最終目標(biāo)是構(gòu)建出其他生物混合肢體，比如整只手掌或手臂。

這種方法或許還將帶來在生物學(xué)上更加精確的“人體芯片”(muscle-on-a-chip)系統(tǒng)，用于藥物開發(fā)和試驗(yàn)。另一方面，這項(xiàng)技術(shù)可能會幫助生物學(xué)家在動物生理學(xué)和功能研究上有新的突破。隨著機(jī)械手指等技術(shù)的發(fā)展，或許在不遠(yuǎn)的將來，我們就能見到各種功能強(qiáng)大的智能機(jī)器人行走在我們中間。