利(lì)用老(lǎo)鼠的脊髓和肌肉来行走的微型自旋机器人
美国伊利诺伊大学(xué)香槟分(fèn)校的(de)研究人员利用(yòng)大(dà)鼠的脊髓段创造出(chū)了能够做(zuò)出行走动作的微小生物机器人。研究人(rén)员(yuán)开发(fā)的微型机器人被称为自(zì)旋机器人,它的动力来自于软(ruǎn)质(zhì)3D打印水凝胶(jiāo)骨架上的大鼠肌肉和脊髓组织。
研究团队表示,整合大鼠脊髓,让自旋(xuán)机(jī)器人拥有(yǒu)更(gèng)自然的(de)行走节奏(zòu)。研究负责人Martha Gillett说(shuō),自旋机器人是交互式生(shēng)物设(shè)备的(de)开端,可能(néng)会在医学和神(shén)经计算(suàn)方面(miàn)有应(yīng)用。自旋机器人的构造过程首(shǒu)先(xiān)由研究人员3D打(dǎ)印(yìn)出一个小小的骨架,这个骨(gǔ)架(jià)由两根柱子组成的腿部和一个(gè)柔性(xìng)背骨(gǔ)组成,整个骨架(jià)的宽度(dù)只(zhī)有几毫米。
然(rán)后,研究小组在(zài)骨架上(shàng)种上了肌肉(ròu)细胞(bāo),让其长(zhǎng)成肌肉组织。最后一部分是整合了来自大鼠的一段腰椎脊髓。研究人员特别选择了腰部(bù)脊髓,因为(wéi)之前的研究表(biǎo)明(míng),腰部脊髓容纳了控制下肢行走(zǒu)时左右交(jiāo)替(tì)的神经回路。
研究小组(zǔ)的部分研究内容(róng)包括(kuò)设(shè)计出一种(zhǒng)方法来(lái)提取完整的(de)脊髓(suǐ),并将(jiāng)其与(yǔ)生物(wù)机器(qì)人结(jié)合(hé)在一(yī)起,将肌肉和神经组织一(yī)起培(péi)养(yǎng)。他们还必须以神(shén)经(jīng)元(yuán)与肌(jī)肉形成连接的方式完(wán)成所有这些工作(zuò)。该团队(duì)表示,研究人员在(zài)自旋(xuán)机器人中看(kàn)到了自发的肌肉收缩,这表明所需的神(shén)经肌肉连接已经形成了信号。
后来(lái),科学家(jiā)们(men)通(tōng)过添加谷氨酸(suān)这种神经递质,促(cù)使神经细胞发出信号,让肌肉(ròu)收缩,从而验(yàn)证了(le)脊(jǐ)髓的功(gōng)能促进行走(zǒu)。结果是(shì)腿部以自然的行走节奏(zòu)移(yí)动,当谷氨酸被(bèi)冲走(zǒu)后,旋转机器人就(jiù)停止了行走。研究(jiū)人员(yuán)接下(xià)来计划进一步完善小机(jī)器人的动作,让(ràng)它们(men)的步态更加自然。该团队(duì)希望他们的突破(pò)能(néng)够(gòu)让研究人员(yuán)实(shí)时研究ALS等(děng)神经退行性疾病。