據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)8月31日（北京時間）報道，美國麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家通過基因改造，設(shè)計出了能在激光脈沖照射下收縮的肌肉細胞。這種光敏組織可被用于構(gòu)建關(guān)節(jié)型仿生機器人，使其在移動時也能具備和人類一樣的力量和靈活性。相關(guān)研究論文發(fā)表在《芯片實驗室》雜志上。

研究人員基于骨骼肌進行了實驗，因為其比心肌或平滑肌都要強勁有力，在人類跑步、走路或進行其他物理運動時會被用到。自然情況下，神經(jīng)元會發(fā)射電子脈沖以刺激肌肉，從而引發(fā)肌肉收縮。在實驗室中，科學(xué)家通常會使用帶有微弱電流的電極作為肌肉纖維的刺激源。這種技術(shù)雖然有效，但很笨重，而且電極所需的電力也會使機器人陷入缺電的困境。

不同的是，這次科研人員改用短波激光脈沖來作為外界刺激源，希望骨骼肌細胞也能在激光的刺激下發(fā)生抽動。研究人員首先對成肌細胞進行了基因改造，使其能夠表達出光激蛋白。隨后將成肌細胞融進了較長的肌肉纖維，并用20毫秒的藍光脈沖對其進行照射。結(jié)果顯示，當(dāng)大量的激光束照射在纖維束上時，所有的纖維都發(fā)生了收縮。

另外，他們還將肌纖維和水凝膠互相混合，形成了三維的肌肉組織，并利用激光對這些組織進行刺激測試。研究人員發(fā)現(xiàn)，三維肌肉也會按同樣的方式進行彎曲和收縮，因此利用小型的微機械芯片對肌肉組織的力量進行了測量。這種芯片內(nèi)包含多個“井”，每個里面都放置了兩幅容易彎曲的紙片。他們把肌肉條粘著在每個紙片上，隨后用激光刺激它們。當(dāng)肌肉收縮時，其也將帶動紙片向內(nèi)彎曲；由于每張紙片的硬度已知，他們能通過其彎曲的角度計算出肌肉的力量大小。

研究人員表示，這是首個借助光照成功刺激骨骼肌收縮的研究，為控制肌肉提供了新的“無線”方式。這種技術(shù)也可為制造高度靈活的仿生機器人奠定基礎(chǔ)，其可在1毫米范圍內(nèi)提供10度的自由度，在醫(yī)療設(shè)備、藥物篩選、導(dǎo)航和移動系統(tǒng)等方面能得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)裝置還可作為肌肉訓(xùn)練中心，以增強肌肉組織的力度和韌度，這對因臥床不起缺乏鍛煉而導(dǎo)致肌肉張力下降的病患而言絕對是個福音。

總編輯圈點

傳統(tǒng)仿生學(xué)通過機械裝置實現(xiàn)對自然生物的模仿，但馬達、機軸、齒輪等太過復(fù)雜笨重，因此對有“生物馬達”之稱的肌肉組織進行仿生成為研究熱點。本研究則更進一步，這種被稱為“生物綜合設(shè)計”的仿生學(xué)新理念除了參考自然生物進行設(shè)計，還直接使用了真正的肌肉組織，不但融合了生物組織的優(yōu)點并跳過仿生肌肉階段，將目標專注于尋找新的理論和方法來實現(xiàn)輕量、低耗的肌肉組織控制系統(tǒng)，同時也模糊了自然物和機械裝置的界限。