從小鼠細胞中提取的肌肉組織能移動”生物雜交機器人”
有時,大自然為製造有效的機器人提供了最好的藍圖。它還能提供最好的材料。數十億年的自然選擇造就了一些令人印象深刻的機械,工程師也慣於從周圍的世界中汲取靈感。尤其是柔性機器人領域,其柔性和順應性組件在很大程度上要歸功於仿生學。
雖然這些系統具有柔軟的外形,但它們的許多部件仍像傳統的同類產品一樣是剛性的。研究人員正在努力為這些軟體機器人引入柔性元件,以創造運動能力。正如麻省理工學院簡明扼要地所說,”我們的肌肉是大自然的完美致動器”。
不過,該團隊的研究並不是簡單地模仿肌肉。該校的研究人員正在使用活體肌肉組織與合成機器人零件結合,製造一種被稱為”生物混合”的機器人。
麻省理工學院工程學教授裡圖-拉曼(Ritu Raman)證實了這個過程,並指出:「我們用小鼠細胞建立肌肉組織,然後把肌肉組織放在機器人的骨架上。然後,這些肌肉就充當了機器人的致動器–每當肌肉收縮時,機器人就會移動。”
肌肉纖維連接到一個被稱為”撓曲”的”彈簧狀”裝置上,該裝置是系統的一種骨骼結構。生物肌肉組織很難處理,而且通常難以預測。將其放置在培養皿中,肌肉組織會如預期膨脹和收縮,但不是以可控的方式膨脹和收縮。
要在機器人系統中使用,它們必須可靠、可預測且可重複。在這種情況下,就需要使用在一個方向上具有順應性,而在另一個方向上具有抵抗性的結構。拉曼的團隊在馬丁-卡爾佩珀教授的麻省理工學院製造實驗室找到了解決方案。
撓性結構仍需依照機器人的規格進行調整,最終選擇了剛度為肌肉組織1/100的結構。拉曼指出:”當肌肉收縮時,所有的力都會轉化為該方向的運動。這是一種巨大的放大。”
拉曼說,這種肌肉纖維/撓性系統可以應用於各種不同尺寸的機器人,但研究團隊的重點是製造超小型機器人,以便有朝一日能在體內進行微創手術。