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該研究以卷首文章形式發(fā)表
近年來，由生命系統(tǒng)與機電系統(tǒng)在分子、細胞以及組織等多尺度融合而成的類生命機器人迅速發(fā)展，在組織工程、器官芯片和醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出了應(yīng)用潛力。
構(gòu)建類生命機器人常用的生物材料包括心肌細胞、人工骨骼肌組織（ASMT）、昆蟲背血管組織、微生物等。其中，人工骨骼肌組織因其良好的尺寸可擴展性、可控性和潛在的高驅(qū)動力而被廣泛應(yīng)用。
近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所科研人員從人類骨骼肌訓(xùn)練模式中獲得啟發(fā)，開發(fā)出了一種電-力共刺激系統(tǒng)，可有效提升人工骨骼肌組織的驅(qū)動性能，相關(guān)研究以卷首文章（Frontpiece）形式發(fā)表于Advanced Functional Materials。
在人體中，骨骼肌組織從胚胎到成年，都受到神經(jīng)電刺激和機械刺激的共同訓(xùn)練或維持。科研團隊模仿了人類骨骼肌在神經(jīng)電脈沖刺激下，克服外界負載進行收縮的自然訓(xùn)練模式，同時施加電刺激和動態(tài)機械刺激，顯著提升了人工骨骼肌組織的蛋白分化率與收縮性能，從而實現(xiàn)類生命機器人的快速驅(qū)動。
實驗結(jié)果表明，經(jīng)過訓(xùn)練的人工骨骼肌組織蛋白分化率提升約50%，收縮力最大提升約98%，展現(xiàn)出與天然骨骼肌類似的成熟肌節(jié)機構(gòu)。值得注意的是，在低負載條件下，人工骨骼肌組織驅(qū)動部分的最大收縮應(yīng)變可達18%，接近天然骨骼肌的收縮應(yīng)變，表明其至少有一個維度接近天然骨骼肌性能。由該人工骨骼肌組織驅(qū)動的仿毛毛蟲機器人能夠以最大2.38 mm/s的速度運動，刷新了公開資料中由人工骨骼肌組織驅(qū)動的類生命機器人的速度記錄。
系統(tǒng)示意圖
該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、科技部重點研發(fā)計劃項目和機器人與智能系統(tǒng)全國重點實驗室項目的支持。
論文連接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410334
附件下載：2.jpg
來源：中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號