3D打印具有自激励骨架的生物混合软机器人

3D打印科研前沿
2021
11/24
17:22
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供稿人:武文泽、高琳 供稿单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 

近年来,研究者们将生命系统与机电系统相结合,利用3D打印技术,研发了多种用活体肌肉组织或细胞驱动的生物混合机器人。这类机器人具有生命系统的如高能量转换效率和安全性等特点,也具有传统机电系统高强度、高重复性等优势。其在生物医药、环境监测等领域具有重要的潜在应用价值。发展生物混合机器人已成为当今国际机器人领域高度关注的前沿科技领域。

近期,西班牙加泰罗尼亚生物工程研究所(IBEC)的Samuel Sanchez教授团队应用3D生物打印技术开发了一款以骨骼肌细胞为基础的厘米级生物混合游泳机器人。其最大的创新之处在于使用了一个类蛇形弹簧的支架。

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图1 自激励骨架生物机器人的设计和制造
这种创新支架的优势在于,通过自发收缩时的机械自我刺激,改善了组织的分化,并且由于弹簧的恢复力形成了一个反馈回路:肌肉细胞收缩,压缩弹簧,然后弹簧再伸展开来。通过这个反馈回路,该机器人可以进行自我训练。这种自我训练使得机器人的驱动力增强和收缩力增大,从而使其具有前所未有的运动速度。其速度优于其他以骨骼肌为基础的生物机器人(791倍),并且可以与以心肌细胞为基础的机器人相媲美。 这项工作为新一代基于骨骼肌细胞的更强大、更快速的生物混合机器人打开了大门,这些机器人不仅对环境和药物输送有意义,而且对仿生假肢的发展也有意义。在生物医学领域,用人类肌肉打印这种三维肌肉模型的可能性,提供了将这种高功能的设备用于药物测试的医疗平台的机会。

参考文献:
GUIX M, MESTRE R, PATIñO T, et al. Biohybrid soft robots with self-stimulating skeletons [J]. Science Robotics, 2021, 6(53): eabe7577.


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