这不是科学家第一次将活细胞和机器人组合在一起。2016年,研究人员将大鼠心脏细胞附着在金的骨架上,制作以光引导的黄貂鱼“生物机器人”。不久,又有团队用海蛞蝓肌肉制造了一个爬行机器人。
在东京大学实验室里,研究人员在机器人骨骼的顶部生长活的肌肉。先是将含有成肌细胞或肌肉前体细胞的水凝胶薄片附着在骨骼的锚点上,让肌肉像纤维一样生长。接着放置电极,刺激肌肉收缩,像手指一样在关节处弯曲,让机器人移动。
在先前的研究中,这样的人工肌肉不久就开始磨损、萎缩,东大的解决方案是将活肌肉按自然界的“拮抗对”方式安排,两条肌肉以不同的动作共同工作,实现同一目标。比如,一条收缩,拉动小肢;另一个舒张,将小肢推向同一方向。研究作者Shoji Takeuchi说,“这种互施反向力的方案,使其不再像先前那样很快就萎缩、失效。”
为测试自己的设计,他们制作了一种机器人手指。当电通过电极激活它时,手指可以弯曲到90度。使用一只机器手指,就能提起并移动一个指环(如图);而两个机器手指联动提起了一个正方形框架。由于模拟人体中的“拮抗对”设计,肌肉保持其功能超过一周而没有损坏。
研究主要作者Yuya Morimoto说,“我们的研究结果表明,利用这种拮抗对的肌肉排列,这些机器人能模仿人类手指的动作。如果能把更多肌肉结合成一个装置,就能重现复杂的肌肉相互作用,让手、手臂和身体的其他部分发挥作用。”
研究发表在《科学机器人学》杂志上。小云 (图:东京大学)