研究人員已經(jīng)開發(fā)了由神經(jīng)肌肉組織驅(qū)動(dòng)的軟機(jī)器人設(shè)備，這些設(shè)備在受到光刺激時(shí)就會(huì)觸發(fā)，從而使機(jī)械工程技術(shù)比自主生物機(jī)器人的開發(fā)更近一步。

2014年，由伊利諾伊大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程教授Taher Saif和生物工程教授Rashid Bashir領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)共同合作，開發(fā)了首款由擊敗大鼠心肌細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的自行式生物雜交游泳和步行生物機(jī)器人。

賽夫說：“我們的第一個(gè)游泳者研究成功地證明了以精子細(xì)胞為模型的機(jī)器人實(shí)際上可以游泳。” “那一代單尾機(jī)器人利用了自己跳動(dòng)的心臟組織，但是他們無法感知環(huán)境或做出任何決定。”

在由Saif領(lǐng)導(dǎo)的《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，研究人員展示了新一代的兩尾僵尸機(jī)器人，它們由車載運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元刺激的骨骼肌組織提供動(dòng)力。神經(jīng)元具有光遺傳學(xué)特性：暴露于光線下，神經(jīng)元將發(fā)射光以致動(dòng)肌肉。

賽夫說：“我們在小鼠肌肉組織附近應(yīng)用了一種來自小鼠干細(xì)胞的光遺傳神經(jīng)元細(xì)胞培養(yǎng)物。” “神經(jīng)元向肌肉前進(jìn)并形成神經(jīng)肌肉連接，游泳者自行組裝。”

在確認(rèn)神經(jīng)肌肉組織與其合成的生物機(jī)器人骨架兼容后，研究小組致力于優(yōu)化游泳者的能力。

研究團(tuán)隊(duì)從左至右包括Taher Saif教授，研究生Onur Aydin，研究生Xiastian Zhang，Mattia Gazzola教授，Gelson J. Pagan-Diaz研究生，Rashid Bashir的Grainger工程學(xué)院教授和系主任。 。圖片來源：L。Brian Stauffer

賽夫說：“我們使用由機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)教授馬蒂亞·加佐拉(Mattia Gazzola)領(lǐng)導(dǎo)的計(jì)算模型來確定哪些物理屬性將導(dǎo)致最快和最有效的游泳。” “例如，我們研究了最有效地設(shè)計(jì)生物雜交游泳者的尾巴和尾巴長度的變化。”

Gazzola說：“鑒于生物致動(dòng)器或生物機(jī)器人不如其他技術(shù)成熟，因此它們無法產(chǎn)生大的力。這使它們的運(yùn)動(dòng)難以控制。” “非常重要的一點(diǎn)是，仔細(xì)設(shè)計(jì)生物機(jī)器人能夠生長和相互作用的支架，以充分利用技術(shù)并實(shí)現(xiàn)機(jī)車功能。我們運(yùn)行的計(jì)算機(jī)模擬在這項(xiàng)任務(wù)中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)槲覀兛梢钥缭皆S多可能的設(shè)計(jì)并只選擇最有前途的工具進(jìn)行現(xiàn)實(shí)生活中的測試。”