麻省理工学院为软体机器人设计的新型人造肌肉模仿了真实的组织

麻省理工学院展示了可以向多个方向移动的人造肌肉，模仿人眼的虹膜。

制造生物混合机器人 —— 由实验室培养的肌肉作为潜在的驱动器驱动的机器 —— 是一个长期的努力。

生物混合机器人的灵活性可以让它们在太小或太复杂的区域挤压和扭曲。

但是有一个主要的障碍。现有的人造肌肉只能向一个方向拉动，这限制了它们的运动。这就像一个机器人，只能弯曲它的手臂，但不能旋转它。

麻省理工学院的研究人员已经破解了这个密码，创造了一个复杂的、多向运动的机器人系统。

他们展示了可以向多个方向移动的人造肌肉，模仿人眼的虹膜。为了证明他们的概念，他们创造了一个肌肉驱动的结构，可以在一个圆圈内和向外收缩。

冲压技术

一种新技术“冲压”被应用于制造人工虹膜状结构。

为此，他们3D打印了一个微小的印记，上面有微小的凹槽图案。然后将这种印记压入柔软的水凝胶中，以创建肌肉生长的蓝图。然后将真正的肌肉细胞植入这些凹槽中，生长成纤维。

受到刺激后，肌肉收缩，使纤维向不同方向移动。

“有了虹膜的设计，我们相信我们已经展示了第一个骨骼肌驱动的机器人，可以在多个方向上产生力。”麻省理工学院机械工程系组织工程学尤金·贝尔职业发展教授Ritu Raman说：“这种方法是独一无二的。”

Ritu Raman的实验室一直在开发培养和训练实验室培养的肌肉细胞的技术。然而，制造可预测的、多向运动的人造肌肉仍然是一个重大挑战。

“关于天然肌肉组织的一个很酷的事情是，它们不只是指向一个方向。以虹膜和气管周围的圆形肌肉组织为例。即使在我们的手臂和腿内，肌肉细胞也不是指向直线，而是指向一个角度，”Ritu Raman指出。

“天然肌肉在组织中有多个方向，但我们还不能在我们的工程肌肉中复制这一点，”她补充说。

人造肌肉像虹膜一样运动

该团队3D打印了一个小型的手持印记，上面有非常精细的凹槽，大小与单个肌肉细胞相匹配。

为了确保印记干净，防止损坏，研究人员在将印记压入水凝胶之前，在其表面涂上一层蛋白质。这种蛋白质层促进了图案的均匀转移，并允许在不粘附或撕裂精致凝胶的情况下移除印章。

为了展示他们的冲压技术，研究小组创造了一个人类虹膜的肌肉结构。它有圆形和径向肌纤维，允许它扩张和收缩。

在将虹膜图案印在水凝胶上后，研究人员引入了对光线有反应的转基因细胞。在24小时内，这些细胞进入印记的凹槽，开始融合形成肌肉纤维，并遵循精确的虹膜样模式。

人工虹膜在光的刺激下会像真实的虹膜一样向多个方向收缩。

这展示了创造复杂多向肌肉组织的能力。

“在这项工作中，我们想展示我们可以使用这种方法来制造一个‘机器人’，它可以做以前的肌肉动力机器人不能做的事情。我们选择了骨骼肌细胞。但没有什么能阻止你对任何其他类型的细胞这样做，”Ritu Raman在新闻发布会上补充道。

研究结果发表在《生物材料科学》杂志上。

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