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「筋肉」機器人

musclepowere

變形金剛?那還不夠炫拉,在此為您介紹「筋肉」機器人~

印象中,機器人總是以電路和硬質的關節、骨架組成,透過電路訊號完成機器操作;而現在, 新一代的生物機器即將顛覆你的想像!伊利諾大學香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的Rashid Bashir團隊,在近期的Proceedings of the National Academy of Science期刊上發表了一款利用生物肌肉與3D列印骨架組合而成的「筋肉」機器人[1]。

這已經不是Bashir的團隊第一次發表生物性機器人,作為此領域的先驅,他們一直致力于發展微型生物性機器人(小於1公分),希望能應用在藥物輸送、標靶治療上。過去他們曾使用鼠類的心臟細胞作為馬達來驅動3D列印製成的骨架,使其能夠完成走路的動作,但是由於該細胞會自主收縮,造成設計者無法有效控制運動的狀況。

有鑒於先前的缺點,新款的筋肉機器人使用了骨骼肌取代心臟細胞作為運動馬達,並透過電流脈衝來控制它的收縮。如影片所示,機器人的構造分成三部分:1. 3D列印製作而成的水凝膠骨架,它作為支撐整個機器人的結構主體,並具備一定柔軟性提供機器人運動的空間; 2. 作為運動馬達的骨骼肌細胞;3. 連接骨骼肌與骨架的接點,整體的結構是模仿生物「肌肉-肌腱-骨架」的構造而設計,兩側的接點同時也作為機器人行走時的「腳」。當電流脈衝輸入到骨骼肌內,骨骼肌便會收縮帶動機器人行走,機器人運動的速度可以根據電流脈衝的頻率來做調整,頻率越快機器人運動越快。

這款設計有幾項明顯的優勢,像是使用3D設計的骨架,可以提供未來的設計者更多的變化可能,設計者可以根據自己的需求重新更換骨架零件來達到不同功能;再者,可以精準調控運動的速度,提高了使用的泛用性。

未來,研究團隊希望能將這款筋肉機器人的功能進一步提升,像是加入神經元和受器使其能夠針對不同外界刺激或是不同化學物質濃度來執行具方向性的運動。「我們的目標是希望將這款機器發展成一套感應型的標靶藥物輸送載體,當機器在人體內偵測到特定的化學物質濃度變化(可能是疾病造成),便會主動向病灶移動並釋放出藥物,而現在這款能夠精密控制的筋肉機器人正是邁向夢想的一大步」Bashir說道。

參考資料:

  1. Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle, PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1401577111

資料來源:Muscle-powered bio-bots walk on command PHYS.ORG [June 30, 2014]

關於作者

昱夫

PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。