@ 2016.07.09 , 18:00

是动物还是机器?酷酷的半机械黄貂鱼

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组织工程和软体机器人技术研制的黄貂鱼

一个国际研究小组研发出了一款及其仿真的机械黄貂鱼,弱化了动物和机器的界限。通过感光心脏细胞推动,这款半机械鱼可促进未来医疗设备的发展,推动研发更多和栩栩如生的合成动物。

正如一只真实的黄貂鱼,这个微型机器人有一个平滑的躯干和长长的翅膀状鱼鳍。而且正如实物一样,它会上下摆动鱼鳍在水中游动。黄金骨架包裹着聚合物“皮肤”,约200,000只老鼠的心脏细胞给整个身体镶边。长度仅为16毫米,重量仅有10克,从现实意义来说,它是一个半机械体——一个生物学与合成零件的混合体。

半机械黄貂鱼的研发是由哈佛大学生物工程学和应用物理学教授Kit Parker主导的。这个项目期间,他和他女儿Caroline参观新英格兰水族馆,迎来了他的“尤里卡”时刻。

“她把手放进水里想亲抚一只黄貂鱼,但这只黄貂鱼很快以优雅的姿态从她手里游走了,” Parker告诉Gizmodo。“这让我灵光乍现,我可以给肌肉加上这套系统,这样它看起来就会很像心脏的肌肉层。”

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Parker给他的团阐述了他的观点,他们便着手研发这款微型柔软的机器人。电中性黄金骨架做好后,研究人员给它覆盖了一层薄的柔性聚合物。一系列的感光(光伏)心肌细胞也沿着边缘做了部署。

当暴露在光亮下时,肌肉细胞会统一给鱼鳍发出向下游动的指令。为作出向上游的动作,研究人员给黄金骨架设计了自动储存向下游动的部分能量,当细胞放松时便会释放出来。

为研发一套指导性的系统,Parker再一次找他女儿寻求灵感。“当她还是小女孩的时候,有一次我把激光笔的光打在地上,她就会试图去踩,”他说。“我们会沿着街道散步,我会用地上的光点引导她安全地走过人行道。我突然想到,我们可以利用光遗传学对这个工程黄貂鱼进行模拟实验。”

这便是他们所做的。利用感光细胞的力量,Parker团队能够通过使用光源的不对称脉冲控制黄貂鱼的方向。当黄貂鱼向前游动时,脉冲可以引导它向左或向右游动。不同的光源频率可以控制它的速度。他们让机械黄貂鱼游过一个超越障碍训练场,以此检测光驱动导航系统。

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半机械黄貂鱼(左)与实物对比

对这个项目来说,不仅仅是研制一条仿生鱼。Parker主要目的是了解心脏,了解它解剖学的各个部分对血液循环所起的作用。“除甲壳类动物外,几乎所有的海洋生物都有方便液体流动的肌肉组织,” Parker说道。“为了推进我们关于心脏的研究,我们已经开始着眼于海洋生命形式及其所代表的肌肉泵心脏的研究。” Parker希望通过对自然界其他肌肉泵形式的反向工程加深对人类心脏以及心脏疾病的了解。

这项研究也可能引导甚至更好,更有用的,自动化和半自动化机器人。谈到制造更好的机器人,生物有其优势。比如,这款特殊的机器人就比其他类似设备速度更快;它细胞的机能既可做执行器和又可做传感器。“鲜活的肌肉细胞比合成的执行器高效节能得多,而且它们还能通过编程做很多很酷的事情,” Parker说道。

当然,生物学也不是完美的。把细胞作为制造材料的一大劣势就是,他们都很脆弱,而且最终都会死掉。但组织工程和软机器人技术的潜力是巨大的。这个微型半机械鱼给更大更好的东西的问世提供了一个明确信号。

本文译自 gizmodo,由译者 Daisy丹 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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