將肌肉、神經(jīng)與機器人系統(tǒng)整合在一起的想法聽起來似乎很"科幻"，不過，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機械工程系的研究人員正在一步步使其成為現(xiàn)實。
生物混合機器人領(lǐng)域是生物混合和有機機器人小組（簡稱B.O.R.G.）研究的焦點。小組領(lǐng)導(dǎo)、機械工程助理教授Victoria Webster-Wood表示："我們的最終目標(biāo)是將生物材料作為機器人的工程材料，創(chuàng)造出可再生、可降解的機器人。"
在《生物醫(yī)學(xué)工程雜志》上發(fā)表的論文中，小組成員之一、博士生孫文環(huán)（音譯）對如何制造這些用于特殊機器人的材料線展開了深入討論。這些材料線由一種天然存在于皮膚、韌帶和肌腱等結(jié)構(gòu)組織中的蛋白質(zhì)——膠原蛋白制成。本質(zhì)上，本研究的目標(biāo)是更好地了解如何制作機器人的人造肌腱。這些人造膠原蛋白線起著與真正的肌腱相似的作用，即將活體肌肉驅(qū)動器與機器人的身體連接，幫助它行走、跳躍或游泳。但是，機器人材料的機械性能對活體肌肉驅(qū)動器的生長和表現(xiàn)也有很大的影響，這意味著孫文環(huán)也必須探索如何調(diào)整材料的機械性能。
孫文環(huán)使用了一種被稱為 electrocompaction（電壓縮）的技術(shù)，其原理如下：在電壓縮細(xì)胞及其所攜帶的電荷的作用下，通過其中的膠原纖維會緊密結(jié)合，形成電化學(xué)一致的膠原蛋白（ELAC）線。孫文環(huán)發(fā)現(xiàn)，壓緊之初，這些線出奇地脆弱且難以使用，無法媲美天然的堅固肌腱。"塑料容器周圍有靜電，因此，線只能附著在墻壁的一邊。這讓事情變得非常困難。"他解釋。此外，雖然研究者目前可以生產(chǎn)很長的膠原蛋白線（孫文環(huán)制作了40厘米長的膠原蛋白線），但它們非常薄，其寬度大約在50到100微米之間——大約相當(dāng)于一根頭發(fā)的寬度。
經(jīng)過一段時間的實踐，Sun最終通過一系列實驗確定了一組制造參數(shù)如何影響膠原蛋白線的形成。他還研究了這些參數(shù)之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)它們大部分具有可調(diào)屬性。此外，孫文環(huán)還訓(xùn)練了一種深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以便根據(jù)特定需求的機械性能來推薦特定的制造參數(shù)。這些成果使得"定制肌腱"成為可能。
接下來，Sun將嘗試把這些膠原蛋白線輸入3D打印機，并利用它們創(chuàng)建不同的形狀和結(jié)構(gòu)。
編譯：橘子 審稿：西莫 責(zé)編：陳之涵
