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利用老鼠的脊髓和肌肉來行走的微型自旋機(jī)器人
美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員利用大鼠的脊髓段創(chuàng)造出了能夠做出行走動(dòng)作的微小生物機(jī)器人。研究人員開發(fā)的微型機(jī)器人被稱為自旋機(jī)器人，它的動(dòng)力來自于軟質(zhì)3D打印水凝膠骨架上的大鼠肌肉和脊髓組織。
研究團(tuán)隊(duì)表示，整合大鼠脊髓，讓自旋機(jī)器人擁有更自然的行走節(jié)奏。研究負(fù)責(zé)人Martha Gillett說，自旋機(jī)器人是交互式生物設(shè)備的開端，可能會在醫(yī)學(xué)和神經(jīng)計(jì)算方面有應(yīng)用。自旋機(jī)器人的構(gòu)造過程首先由研究人員3D打印出一個(gè)小小的骨架，這個(gè)骨架由兩根柱子組成的腿部和一個(gè)柔性背骨組成，整個(gè)骨架的寬度只有幾毫米。
然后，研究小組在骨架上種上了肌肉細(xì)胞，讓其長成肌肉組織。最后一部分是整合了來自大鼠的一段腰椎脊髓。研究人員特別選擇了腰部脊髓，因?yàn)橹暗难芯勘砻?，腰部脊髓容納了控制下肢行走時(shí)左右交替的神經(jīng)回路。
研究小組的部分研究內(nèi)容包括設(shè)計(jì)出一種方法來提取完整的脊髓，并將其與生物機(jī)器人結(jié)合在一起，將肌肉和神經(jīng)組織一起培養(yǎng)。他們還必須以神經(jīng)元與肌肉形成連接的方式完成所有這些工作。該團(tuán)隊(duì)表示，研究人員在自旋機(jī)器人中看到了自發(fā)的肌肉收縮，這表明所需的神經(jīng)肌肉連接已經(jīng)形成了信號。
后來，科學(xué)家們通過添加谷氨酸這種神經(jīng)遞質(zhì)，促使神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出信號，讓肌肉收縮，從而驗(yàn)證了脊髓的功能促進(jìn)行走。結(jié)果是腿部以自然的行走節(jié)奏移動(dòng)，當(dāng)谷氨酸被沖走后，旋轉(zhuǎn)機(jī)器人就停止了行走。研究人員接下來計(jì)劃進(jìn)一步完善小機(jī)器人的動(dòng)作，讓它們的步態(tài)更加自然。該團(tuán)隊(duì)希望他們的突破能夠讓研究人員實(shí)時(shí)研究ALS等神經(jīng)退行性疾病。
