讓機器人更具生物兼容性一直是科學家們多年來一直在努力解決的難題。到目前為止,他們主要能夠製造出只在一個平面上收縮的實驗室培養的肌肉纖維。這對於在單個關節處彎曲的機械臂來說效果很好,但在更複雜的動作方面卻不夠。相比之下,人體肌肉的多功能性要強得多,因為纖維排列成複雜的、交叉的圖案。
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現在,麻省理工學院的工程師們在開發機器人方面邁出了重要一步,他們用更柔軟的東西取代了剛性齒輪——幾乎就像真正的活體肌肉組織。換句話說,他們找到了一種培育可以向多個方向彎曲的人造肌肉的方法。
為了實現這一目標,他們發明了一種新的衝壓技術,可以在軟凝膠上3D列印出微小的劉海。實際過程很複雜,但可以簡化:當肌肉細胞被接種到凝膠上時,它們會沿著這些劉海圖案生長。為了驗證這一概念,研究人員甚至用這種方法製作了人造虹膜。
虹膜是控制人眼瞳孔擴張的肌肉環。它由一組內層同心圓纖維和一層外層輻射纖維組成。模壓凝膠複製了其中一些圖案,從而產生了一個由肌肉驅動的瞳孔,可以像真瞳一樣擴張和收縮。
麻省理工學院組織工程師 Ritu Raman表示:「我們相信我們已經創造了第一個由骨骼肌驅動的機器人,它可以在多個方向上產生力量。這是通過這種新的衝壓方法實現的。」
當然,也有一些挑戰需要克服。首先,凝膠非常脆弱。拉曼解釋說,它比果凍軟得多,而且由於容易撕裂,很難鑄造。克服這個問題需要反覆試驗,但結果是值得的。
衝壓技術用途廣泛,研究人員只需對衝壓模的劉海圖案進行編程,便可「設計」出任何所需的肌肉結構。衝壓模本身可使用標準桌面3D印表機製作。
這種靈活性開闢了廣泛的可能性,有可能使研究人員能夠複製一切,從心肌的旋轉收縮到消化道的盤繞運動。
展望未來,該團隊計劃嘗試除骨骼肌之外的不同布局和細胞類型。一旦機器人工程師開始將這些可編程生物組織整合到設計中,一個新的機器時代可能會出現。
拉曼設想了一個有趣的用例:「如果我們能使用軟生物機器人,而不是使用水下機器人中常見的剛性致動器,我們就能導航,而且更加節能,同時還能完全生物降解,具有可持續性,這就是我們希望實現的目標。」















