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該研究以卷首文章形式發(fā)表
近年來，由生命系統(tǒng)與機(jī)電系統(tǒng)在分子、細(xì)胞以及組織等多尺度融合而成的類生命機(jī)器人迅速發(fā)展，在組織工程、器官芯片和醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出了應(yīng)用潛力。
構(gòu)建類生命機(jī)器人常用的生物材料包括心肌細(xì)胞、人工骨骼肌組織（ASMT）、昆蟲背血管組織、微生物等。其中，人工骨骼肌組織因其良好的尺寸可擴(kuò)展性、可控性和潛在的高驅(qū)動(dòng)力而被廣泛應(yīng)用。
近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所科研人員從人類骨骼肌訓(xùn)練模式中獲得啟發(fā)，開發(fā)出了一種電-力共刺激系統(tǒng)，可有效提升人工骨骼肌組織的驅(qū)動(dòng)性能，相關(guān)研究以卷首文章（Frontpiece）形式發(fā)表于Advanced Functional Materials。
在人體中，骨骼肌組織從胚胎到成年，都受到神經(jīng)電刺激和機(jī)械刺激的共同訓(xùn)練或維持。科研團(tuán)隊(duì)模仿了人類骨骼肌在神經(jīng)電脈沖刺激下，克服外界負(fù)載進(jìn)行收縮的自然訓(xùn)練模式，同時(shí)施加電刺激和動(dòng)態(tài)機(jī)械刺激，顯著提升了人工骨骼肌組織的蛋白分化率與收縮性能，從而實(shí)現(xiàn)類生命機(jī)器人的快速驅(qū)動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過訓(xùn)練的人工骨骼肌組織蛋白分化率提升約50%，收縮力最大提升約98%，展現(xiàn)出與天然骨骼肌類似的成熟肌節(jié)機(jī)構(gòu)。值得注意的是，在低負(fù)載條件下，人工骨骼肌組織驅(qū)動(dòng)部分的最大收縮應(yīng)變可達(dá)18%，接近天然骨骼肌的收縮應(yīng)變，表明其至少有一個(gè)維度接近天然骨骼肌性能。由該人工骨骼肌組織驅(qū)動(dòng)的仿毛毛蟲機(jī)器人能夠以最大2.38 mm/s的速度運(yùn)動(dòng)，刷新了公開資料中由人工骨骼肌組織驅(qū)動(dòng)的類生命機(jī)器人的速度記錄。
系統(tǒng)示意圖
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和機(jī)器人與智能系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。
論文連接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410334
附件下載：2.jpg
來源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)