按照科學家們(men) 的話說，就是當對光刺激做出反應產(chan) 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(ge) 3D打印的生物機器骨骼的框架中的時候，它可以驅動後者方向性運動和旋轉轉向，這為(wei) 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(ge) 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製這些機器的。”Bashir說：“這給了我們(men) 的設計和機器人的運動帶來了靈活性。我們(men) 所要完成最低目標是生物係統的正向設計，我們(men) 認為(wei) 光控製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(hui) 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製機器人。而這種新的光刺激技術造成的傷(shang) 害更小，而且研究人員可以控製生物機器人向不同的方向運動。這種生物機器人會(hui) 轉身朝向光刺激的方向走，Bashir說。

研究人員首先在小鼠肌肉細胞係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(wei) 光遺傳(chuan) 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(cong) 7毫米到2厘米不等。

 “這些骨骼肌環被我們(men) 的工程師們(men) 製作成了環形或者類似橡皮筋的形狀，因為(wei) 我們(men) 希望它們(men) 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(men) 可以把它們(men) 作為(wei) 構建模塊，並結合3D打印骨架製作成可用於(yu) 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(yang) 分很容易擴散到組織的各個(ge) 方麵。這與(yu) 早期生物機器人的設計是相反的，那個(ge) 時候往往會(hui) 使用厚條狀的肌肉組織來圍繞著骨骼生長。

研究人員們(men) 嚐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(men) 還每天鍛煉肌肉環，即使用閃光燈來觸發肌肉，使它們(men) 更強壯，這樣它們(men) 的每次收縮會(hui) 使機器人移動得更遠。

“這是一個(ge) 非常靈活的設計。”Bashir說：“使用這些（肌肉）環，我們(men) 可以連接3D打印骨架上的任何兩(liang) 個(ge) 關(guan) 節或者鉸鏈。我們(men) 可以有多個(ge) 腿和多個(ge) 環。使用光，我們(men) 可以控製它們(men) 移動的方向。人們(men) 現在可以用它打造更加高階的機器人係統。”

微型生物機器人有一個(ge) 肌肉環圍繞著一個(ge) 柔軟的3D打印骨架

據了解，這項研究實際上是集成細胞係統的應急行為(wei) （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(wan) 美元，為(wei) 其5年的研究資助，使得Bashir和他的同事們(men) 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。