创造一个铰接式机器人通常需要组装一系列组件,并使用一种或多种技术来移动它们,包括液压装置、橡皮筋和轮子。这些通常是相当有限的;比如全方位或者无法适应不平坦的地形——机车机器人最大的挑战之一。
然而,如果机器人可以像活体一样使用肌肉,它们可以更容易地四处移动——并且可以用更多的技能来控制。当然,一个完全肌肉发达的机器人还有很长的路要走;但是伊利诺伊大学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行走机器人。
此前,Bashir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,这是一个不完善的解决方案,因为心脏细胞不断萎缩,这使得机器人的运动难以控制。然而,该团队的新机器人由骨骼肌提供动力,可以通过电脉冲控制——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。当它感应到一种化学物质或者当它接收到某种信号时,你就想开始发挥作用。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,工程师可以用来设计这些东西。”。
机器人被组装在一个类似于骨骼-肌肉-肌腱的系统中。3D打印的水凝胶基质构成了机器人的“脊梁”,它足够强壮,可以维持结构,但足够灵活,可以随着肌肉一起移动。这块肌肉由两根柱子固定在脊柱上,它们既充当肌腱,也充当机器人的脚。然后执行电脉冲;频率越高,机器人移动得越快。
目前它只能朝一个方向移动,团队面临的下一个挑战是采取措施整合转弯能力:一个更灵活的脊柱,甚至是整合到机器人中的神经元,这样它就可以被光线或化学梯度引导。
该团队相信,这些机器人有一天可以用于各种应用,尤其是医疗领域。精密手术机器人、智能植入物,甚至环境测量。
巴希尔说:“将这些基于细胞的结构用于正向工程的想法非常令人兴奋。”“我们的目标是将这些设备用作自主传感器。我们希望它能感知某些化学物质,然后向它移动,然后释放药物来中和毒素。控制是朝着这个目标迈出的一大步。”
完整的论文《骨骼肌3D打印的生物力学》可以在《PNAS》找到。