日本真肌肉机械手指 生物机器人领域的一个新突破

前言

日本东京大学等研究团队最近在Science和Science Robotics等期刊上发布成果称，他们使用人工培育的肌肉组织和树脂骨骼研发出了一个小型“生物合成机器人”。对这个融合了生物组织的机器人施以电刺激，它能够像人的手指一样活动。

拥有这种“骨骼肌肉组织”的“生物合成机器人”是生物机器人领域的一个新突破，不仅因为它使用了功能齐全的骨骼肌肉组织，还因为它比以往利用独立肌肉组织进行收缩运动的构造更为耐久，克服了独立肌肉组织容易僵硬的缺点，关节部位的活动范围也更大！

以往也曾有团队把肌肉与机器人相结合，但科学家们面临的一个共同问题是肌肉往往渐渐乏力并萎缩。而本研究团队研发的肌肉能够活动一周，使机器人的耐久性提高了一个档次！虽然借助电极刺激肌肉最终会导致肌肉因为电解作用而退化。但科学家们在研究中强调称，机器人的灵活度和寿命方面仍然存在很大的提升空间。

手指可全方位活动，能弯曲90°左右，能成功拿起并放下一个塑料圆环。

两根机器手指通过协作成功拿起了一个3D打印的方形框架。

试验中所使用的组织不是来自于生物体提取，而是来自实验室的培育。换句话说，是从零开始培育肌肉、而不是摘取在动物体内长出的肌肉。研究人员通过含实验鼠骨骼肌细胞的溶液制作出长方形的肌肉薄片，在十天时间里，肌肉会在骨骼上慢慢生长，再叠加薄片培育出长约8毫米的肌肉组织。再将肌肉组织安装在手指形的树脂骨骼两面，制成了这个全长近3厘米的手指机器人。这些肌肉纤维能在10毫牛的力量下收缩。

机器框架包含了旋转接头和转折点来供肌肉附着。我们知道，人的腕部是夹住骨骼与关节的两块肌肉相互牵拉实现力量平衡的，研究团队着眼于这一结构，通过电极传递的小型震动脉冲让肌肉像真正的人体肌肉一样进行收缩和放松。电击其中一侧的肌肉，单侧肌肉在电的刺激下收缩后，相当于关节的零部件会动，前端会像指尖一样抬起。

目前手指机器人还只能在溶液中活动，溶液中的养分浸透到肌肉中，从而可以让肌肉内部的组织正常活动。研究人员称将来有可能为它覆盖上皮肤构造等，使其暴露在空气中也不会导致肌肉内部组织干燥，从而实现在空气中活动。

论文的通讯作者竹内昌治教授说：“一制造出肌肉，我们就成功地将它们用作机器人身上的拮抗组，一个收缩，另一个扩张，跟人体内一样。它们彼此施加相反的力量，因而不会像以前的研究中那样萎缩腐化。”同时，他希望这一成果今后能够运用于依靠肌肉活动的上下肢假肢上，以及用于研究与运动有关疾病的疗法等等。

论文的第一作者森本雄矢说：“如果我们能将更多像这样的肌肉组合到一个装置里，我们就能够重现让双手、胳膊和身体其他部位发挥作用的复杂肌肉运动。”

科学家们也希望再接再厉，培育出更加复杂的人体结构并在生物合成机器人身上复制。

这一研发成果意味着未来的人形机器人或许将不再需要钢板和塑料，同时，它也为生物工程师提出了思路，未来有一天他们有可能在实验室培育出成熟的肢体。至于这一成果会不会为制造类似超人的生化人奠定基础，科学家表示，大规模应用至少要再过十年~