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科学家借助3D打印研发出可光控的生物机器人

文章作者:优博时时彩平台开户发布时间:2019-12-19浏览次数:1478

最近,伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的科学家开发出了一种由活肌细胞和3D打印框架组成的生物机器人。关键是它可以看到(或感知光线) - 并朝着光线照射的地方移动。据科学家们介绍,当一个光控环形肌肉驱动器响应光刺激并产生高达0.56 kPa的力时,它被整合到3D打印生物机器骨架的框架中,它可以驱动后者的方向性。运动和旋转转向为动态生物机器的未来发展提供了一个模型,可以实时响应环境信号。

该研究由伊利诺伊大学生物工程主管Rashid Bashir领导,研究结果发表在最近发表的《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

“光以非侵入方式控制这些机器,”巴希尔说。 “这为我们提供了机器人设计和移动的灵活性。我们必须实现的最低目标是生物系统的前瞻性设计。我们相信光控是实现这一目标的重要一步。“

在此之前,Bashir的团队已经证明机器人可以被电场激活,但Bashir说电会对生物环境产生不利的副作用,并且机器人无法通过选择性刺激肌肉的不同区域来控制。而这种新的光刺激技术造成的伤害更小,研究人员可以控制生物机器人向不同方向移动。 Bashir说,生物机器人将转向并向光刺激的方向前进。

研究人员首先开发了一种基于小鼠肌肉细胞系的肌肉环。在该肌肉细胞中添加了引起特定波长的蓝光的基因,以刺激肌肉收缩。这称为光遗传学。技术。这个肌肉环缠绕在3D打印的柔性框架上,其长度从7毫米到2厘米不等。

“这些骨骼肌环由我们的工程师制成圆形或橡皮筋状形状,因为我们希望它们是模块化的,”该论文的第一作者和研究生Ritu Raman说。 “这意味着我们可以将它们用作构建模块,并将3D打印的骨架组合成可用于各种应用的生物机器人。”

除了模块化设计外,薄肌肉环还可以使光线和营养成分轻松传播到组织的各个方面。这与早期生物机器人的设计相反,早期生物机器人通常使用厚厚的肌肉组织在骨骼周围生长。

研究人员尝试了各种尺寸和形状,以找到最适合机芯的配置。此外,他们每天锻炼肌肉环,使用闪光灯触发肌肉并使其更强壮,这样每次收缩时,机器人都会进一步移动。

“这是一个非常灵活的设计,”巴希尔说。 “通过这些(肌肉)环,我们可以连接3D打印骨架上的任何两个关节或铰链。我们可以有多条腿和多个环。使用光线,我们可以控制它们的移动方向。人们现在可以用它来构建更先进的机器人系统。“

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