日前，來(lái)自伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign）的科學(xué)家們研發(fā)出了一種由活肌肉細胞和3D打印框架組成的微型生物機器人（bio-bots），這種生物機器人的特殊之處在于它能夠看到（或者說(shuō)感應到光）——并能夠朝著(zhù)光閃耀的地方運動(dòng)。

　　按照科學(xué)家們的話(huà)說(shuō)，就是當對光刺激做出反應產(chǎn)生至多0.56千帕力量的光控環(huán)形肌肉執行器被納入到一個(gè)3D打印的生物機器骨骼的框架中的時(shí)候，它可以驅動(dòng)后者方向性運動(dòng)和旋轉轉向，這為未來(lái)開(kāi)發(fā)能實(shí)時(shí)對環(huán)境信號做出響應的動(dòng)態(tài)生物機器提供了一個(gè)樣板。

　　這項研究由伊利諾伊大學(xué)生物工程的負責人RashidBashir領(lǐng)導，該研究結果已經(jīng)發(fā)表在了近期出版的《ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences》上。

　　“光是以一種非侵入性的方式來(lái)控制這些機器的。”Bashir說(shuō)：“這給了我們的設計和機器人的運動(dòng)帶來(lái)了靈活性。我們所要完成最低目標是生物系統的正向設計，我們認為光控制是實(shí)現這一目標的重要一步。”

　　在此之前，Bashir的團隊已經(jīng)證明了可以通過(guò)電場(chǎng)來(lái)激活生物機器人，但是Bashir說(shuō)電會(huì )對生物環(huán)境造成不良的副作用，而且無(wú)法通過(guò)對肌肉的不同區域進(jìn)行選擇性刺激來(lái)控制機器人。而這種新的光刺激技術(shù)造成的傷害更小，而且研究人員可以控制生物機器人向不同的方向運動(dòng)。這種生物機器人會(huì )轉身朝向光刺激的方向走，Bashir說(shuō)。

　　研究人員首先在小鼠肌肉細胞系的基礎上生長(cháng)出肌肉環(huán)，這種肌肉細胞被加入了一種基因，導致一定波長(cháng)的藍色光能夠刺激肌肉收縮，這是一種被稱(chēng)為光遺傳學(xué)的技術(shù)。這種肌肉環(huán)被繞在了3D打印而成的柔性框架上，這些架子的長(cháng)度從7毫米到2厘米不等。

　　“這些骨骼肌環(huán)被我們的工程師們制作成了環(huán)形或者類(lèi)似橡皮筋的形狀，因為我們希望它們是模塊化的。”該論文的第一作者、研究生RituRaman說(shuō)。“這意味著(zhù)我們可以把它們作為構建模塊，并結合3D打印骨架制作成可用于各種應用的生物機器人。”

　　此外除了模塊化設計之外，薄薄的肌肉環(huán)也使得光線(xiàn)和養分很容易擴散到組織的各個(gè)方面。這與早期生物機器人的設計是相反的，那個(gè)時(shí)候往往會(huì )使用厚條狀的肌肉組織來(lái)圍繞著(zhù)骨骼生長(cháng)。

　　研究人員們嘗試了各種尺寸和形狀骨架來(lái)找到最適宜運動(dòng)的配置。此外，他們還每天鍛煉肌肉環(huán)，即使用閃光燈來(lái)觸發(fā)肌肉，使它們更強壯，這樣它們的每次收縮會(huì )使機器人移動(dòng)得更遠。

　　“這是一個(gè)非常靈活的設計。”Bashir說(shuō)：“使用這些（肌肉）環(huán)，我們可以連接3D打印骨架上的任何兩個(gè)關(guān)節或者鉸鏈。我們可以有多個(gè)腿和多個(gè)環(huán)。使用光，我們可以控制它們移動(dòng)的方向。人們現在可以用它打造更加高階的機器人系統。”

　　微型生物機器人有一個(gè)肌肉環(huán)圍繞著(zhù)一個(gè)柔軟的3D打印骨架

　　據天工社了解，這項研究實(shí)際上是集成細胞系統的應急行為（EBICS，EmergentBehaviorsofIntegratedCellularSystems）項目的一部分，該項目由美國國家科學(xué)基金（NSF）資助。在2015年秋季，EBICS項目就接受了NSF總額高達2500萬(wàn)美元，為其5年的研究資助，使得Bashir和他的同事們可以繼續開(kāi)發(fā)生物機器人技術(shù)在診斷、醫學(xué)、遙感等領(lǐng)域的各種應用。