利用老鼠的(de)脊髓和肌肉来行走(zǒu)的微型自旋(xuán)机器人
美国伊(yī)利诺伊大学香(xiāng)槟分校的研(yán)究人员利用大鼠的脊髓(suǐ)段创造出(chū)了能够做出行走动(dòng)作的(de)微小生(shēng)物机器人。研究人员开发的微型机器人被称为自旋(xuán)机器人,它的动力(lì)来自于软质3D打印水凝胶骨架上的(de)大鼠(shǔ)肌肉和脊(jǐ)髓组织。
研究团队表(biǎo)示,整合(hé)大(dà)鼠脊髓,让自(zì)旋机器(qì)人拥(yōng)有更自然的(de)行走节奏。研究负责人Martha Gillett说,自旋(xuán)机器人是(shì)交(jiāo)互式生(shēng)物设备的开端,可能会(huì)在医学(xué)和(hé)神经计算方面(miàn)有应用。自旋机器人的构(gòu)造(zào)过程首先由研究人员3D打印出一个小小的(de)骨架,这个骨架由两根柱子组成的腿部和一个柔性背(bèi)骨(gǔ)组成(chéng),整个(gè)骨架的(de)宽(kuān)度只有几毫米。
然(rán)后,研究小组在骨架上种上了肌肉细胞,让(ràng)其长成肌肉(ròu)组(zǔ)织(zhī)。最后(hòu)一部分是(shì)整合了来自大鼠(shǔ)的一段腰椎脊髓。研究人员特别(bié)选择了腰部脊髓,因为之前的研究表明,腰(yāo)部脊髓(suǐ)容纳了(le)控(kòng)制下(xià)肢(zhī)行走时左右交替的神经回路。
研究小组的部分研(yán)究内容包(bāo)括设计(jì)出一(yī)种方(fāng)法来提(tí)取(qǔ)完(wán)整的脊髓,并将其与生物机器(qì)人结合在一起,将肌肉和神(shén)经组织一起培(péi)养。他们还必须以神经元与肌肉形成连接的方式完成所有这些工作。该(gāi)团队表示,研究人员在自旋机器人中看到了自发的(de)肌肉收缩,这(zhè)表明所需的神经肌肉连接已经形成了信号。
后来,科(kē)学家们通(tōng)过添加谷(gǔ)氨酸这种神经递质,促使神经细胞发出(chū)信号,让肌肉收(shōu)缩(suō),从而验证了脊髓的功(gōng)能促进行走。结果是腿部(bù)以自然的行走节奏移动,当谷(gǔ)氨酸被(bèi)冲走后,旋转机器人就停(tíng)止了行(háng)走(zǒu)。研(yán)究人员接下来计划进(jìn)一步完善小机器人(rén)的动作,让它们的步态更加自然。该团队希望(wàng)他们的突破能够(gòu)让研究人员实时研究ALS等神经退行性疾病。