科学家开发可“自我训练”的游泳生物机器人 显示出惊人的速度和力量

导读：机器人领域的目标是模仿自然生物实体在几千年的进化过程中所取得的成就--如移动、适应环境或感知等行动。

据外媒报道，机器人领域的目标是模仿自然生物实体在几千年的进化过程中所取得的成就--如移动、适应环境或感知等行动。除了传统的刚性机器人外，最近出现了软体机器人领域，使用顺应性强的柔性材料，能够比刚性材料更有效地适应其环境。考虑到这一目标，科学家们多年来一直致力于所谓的生物混合机器人或生物机器人，通常由心脏或骨骼的肌肉组织和人工支架组成，实现爬行、抓取或游泳的软体机器人。

不幸的是，目前的生物机器人在移动性和力量方面远远无法模仿自然实体的性能。

现在，由ICREA研究教授Samuel Sanchez领导的加泰罗尼亚生物工程研究所（IBEC）的研究人员已经克服了这两个挑战，通过使用生物工程工具在生物机器人领域取得了突破。 Sanchez和他在IBEC的同事们应用3D生物打印和工程设计开发了厘米级的生物机器人，它们可以像鱼一样游泳和滑行，具有前所未有的速度。关键是：利用基于肌肉细胞的材料的自发收缩，有一个非常特殊的顺应性骨架。

虽然大多数研究人员通常使用僵硬的或拴住的脚手架来准备人工机器人，但IBEC的研究人员使用了基于灵活的蛇形弹簧的生物机器人，该弹簧由一种名为PDMS的聚合物制成，通过模拟设计和优化，然后使用3D技术打印。这种创新支架的优势在于，通过自发收缩时的机械自我刺激，改善了组织的训练和发展，由于弹簧的恢复力，形成了一个反馈回路。这种自我训练事件导致生物机器人性能中的驱动力增强和收缩力增大。这样的蛇形弹簧以前还没有被纳入软体机器人生活系统中。

IBEC的ICREA研究教授Samuel Sanchez说：“我们生物工程的BIOBOTS由肌肉细胞组成，像蠕虫或鱼类一样移动，对电刺激作出反应，并施加令人惊讶的力量和速度，这要归功于它们与3D打印软骨架的自我训练。”

IBEC生物机器人以前所未有的速度游泳，并像鱼一样在岸边游动：

除了 "自我训练 "的能力，IBEC研究人员开发的基于骨骼肌细胞的生物混合游泳器的移动速度比迄今为止报告的基于骨骼肌的生物机器人快791倍，并与其他基于心肌细胞的生物游泳器（基于心脏细胞）相当。

论文的第一作者Maria Guix解释说：“自我刺激过程产生的增强力使我们的生物机器人设计成为迄今为止游泳速度最快的生物混合机器人，达到791倍。”

但是这些新的生物机器人也能够进行其他运动：当它们被放置在底层表面附近时，它们能够进行滑行，类似于某些鱼类在表面附近的游泳方式，例如斑马鱼的快速起动摆尾-滑行行为，其特点是零星的快速起动摆尾，然后是滑行阶段。

Sanchez、Guix和IBEC的同事们的工作为新一代基于肌肉细胞的更强大、更快速的生物机器人打开了大门，这些机器人不仅对环境和药物输送有意义，而且对仿生假肢的发展也有意义。在生物医学领域，用人类肌肉打印这种三维肌肉模型的可能性，提供了将这种高功能的设备用于药物测试的医疗平台的机会。