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由活动肌肉组织驱动的微型机器人

互联网 2019-11-20 11:41:18

创建一个铰接式机器人通常包括组装一系列部件,并利用一种或多种技术使其移动,包括液压、橡皮筋和车轮。这些通常是相当有限的;例如,全方位的,或无法适应不均匀的地形-机车机器人的最大挑战之一。

然而,如果机器人能像生物身体那样使用肌肉,它们就能更容易地走动--并且可以用更多的技巧来控制。当然,一个完全肌肉发达的机器人还有很长的路要走;但伊利诺伊大学厄班纳-香槟分校的研究人员,在生物工程教授拉希德·巴希尔的领导下,发明了一系列由肌肉组织驱动的小型步行机器人。

此前,巴希尔教授的团队开发了一种由老鼠心脏细胞跳动驱动的机器人--这是一种不完美的解决方案,因为心脏细胞不断收缩,使得机器人的运动难以控制。然而,这个团队的新机器人由一条骨骼肌提供动力,骨骼肌可以用电脉冲来控制--易于管理和编程。

巴希尔教授说:“骨骼肌细胞非常有吸引力,因为你可以利用外部信号来调整它们的速度。”“例如,当你设计一个设备时,你会使用骨骼肌,当它感觉到一种化学物质或当它收到某种信号时,你想开始发挥作用。对我们来说,它是设计工具箱的一部分。我们希望有不同的选择,可以被工程师用来设计这些东西。”.

机器人被组装在一个类似于骨-肌肉-肌腱的系统中。3D打印的水凝胶基构成了机器人的“脊梁”,足够强壮,足以维持结构,但足够灵活,可以与肌肉一起移动。这条肌肉由两根柱子固定在脊骨上,这两根柱子起着肌腱的作用,但也充当机器人的脚。然后执行电脉冲;频率越高,机器人的移动速度就越快。

目前,它只能朝一个方向移动,团队的下一个挑战是采取步骤整合转弯能力:一个更灵活的骨干,甚至可能是整合到机器人中的神经元,以便它可以使用光或化学梯度来引导。

这些机器人有朝一日能够在各种应用中使用,团队相信,特别是医疗;精密手术机器人,智能植入物,甚至环境测量。

巴希尔说:“用这些细胞为基础的结构进行正向工程的想法是非常令人兴奋的。”“我们的目标是将这些设备用作自主传感器。我们希望它能感知特定的化学物质,然后向它移动,然后释放药物来中和毒素。控制驱动是朝着这个目标迈出的一大步。”

完整的论文,"骨骼肌三维印刷生物机械",可以在《PNAS》中找到。

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