日前，來自伊利諾伊大學香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的科學家們研發出了一種由活肌肉細胞和3D打印框架組成的微型生物機器人（bio-bots），這種生物機器人的特殊之處在于它能夠看到（或者說感應到光）--并能夠朝著光閃耀的地方運動。
這項研究實際上是集成細胞系統的應急行為（EBICS，Emergent Behaviors of Integrated Cellular Systems）項目的一部分，該項目由美國國家科學基金（NSF）資助。在2015年秋季，EBICS項目就接受了NSF總額高達2500萬美元，為其5年的研究資助，使得Bashir和他的同事們可以繼續開發生物機器人技術在診斷、醫學、遙感等領域的各種應用。
按照科學家們的話說，就是當對光刺激做出反應產生至多0.56千帕力量的光控環形肌肉執行器被納入到一個3D打印的生物機器骨骼的框架中的時候，它可以驅動后者方向性運動和旋轉轉向，這為未來開發能實時對環境信號做出響應的動態生物機器提供了一個樣板。
這項研究由伊利諾伊大學生物工程的負責人Rashid Bashir領導，該研究結果已經發表在了近期出版的《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。
“光是以一種非侵入性的方式來控制這些機器的。”Bashir說：“這給了我們的設計和機器人的運動帶來了靈活性。我們所要完成最低目標是生物系統的正向設計，我們認為光控制是實現這一目標的重要一步。”
在此之前，Bashir的團隊已經證明了可以通過電場來激活生物機器人，但是Bashir說電會對生物環境造成不良的副作用，而且無法通過對肌肉的不同區域進行選擇性刺激來控制機器人。而這種新的光刺激技術造成的傷害更小，而且研究人員可以控制生物機器人向不同的方向運動。這種生物機器人會轉身朝向光刺激的方向走，Bashir說。
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研究人員首先在小鼠肌肉細胞系的基礎上生長出肌肉環，這種肌肉細胞被加入了一種基因，導致一定波長的藍色光能夠刺激肌肉收縮，這是一種被稱為光遺傳學的技術。這種肌肉環被繞在了3D打印而成的柔性框架上，這些架子的長度從7毫米到2厘米不等。
“這些骨骼肌環被我們的工程師們制作成了環形或者類似橡皮筋的形狀，因為我們希望它們是模塊化的。”該論文的第一作者、研究生Ritu Raman說。“這意味著我們可以把它們作為構建模塊，并結合3D打印骨架制作成可用于各種應用的生物機器人。”
此外除了模塊化設計之外，薄薄的肌肉環也使得光線和養分很容易擴散到組織的各個方面。這與早期生物機器人的設計是相反的，那個時候往往會使用厚條狀的肌肉組織來圍繞著骨骼生長。
研究人員們嘗試了各種尺寸和形狀骨架來找到最適宜運動的配置。此外，他們還每天鍛煉肌肉環，即使用閃光燈來觸發肌肉，使它們更強壯，這樣它們的每次收縮會使機器人移動得更遠。
“這是一個非常靈活的設計。”Bashir說：“使用這些（肌肉）環，我們可以連接3D打印骨架上的任何兩個關節或者鉸鏈。我們可以有多個腿和多個環。使用光，我們可以控制它們移動的方向。人們現在可以用它打造更加高階的機器人系統。”
這項研究實際上是集成細胞系統的應急行為（EBICS，Emergent Behaviors of Integrated Cellular Systems）項目的一部分，該項目由美國國家科學基金（NSF）資助。在2015年秋季，EBICS項目就接受了NSF總額高達2500萬美元，為其5年的研究資助，使得Bashir和他的同事們可以繼續開發生物機器人技術在診斷、醫學、遙感等領域的各種應用。
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