日本「真肌肉」機械手指，生物機器人領域的一個新突破！

07-06

來自專欄機器人大講堂

前言日本東京大學等研究團隊最近在Science和Science Robotics等期刊上發布成果稱，他們使用人工培育的肌肉組織和樹脂骨骼研發出了一個小型「生物合成機器人」。對這個融合了生物組織的機器人施以電刺激，它能夠像人的手指一樣活動。

擁有這種「骨骼肌肉組織」的「生物合成機器人」是生物機器人領域的一個新突破，不僅因為它使用了功能齊全的骨骼肌肉組織，還因為它比以往利用獨立肌肉組織進行收縮運動的構造更為耐久，克服了獨立肌肉組織容易僵硬的缺點，關節部位的活動範圍也更大！

以往也曾有團隊把肌肉與機器人相結合，但科學家們面臨的一個共同問題是肌肉往往漸漸乏力並萎縮。而本研究團隊研發的肌肉能夠活動一周，使機器人的耐久性提高了一個檔次！雖然藉助電極刺激肌肉最終會導致肌肉因為電解作用而退化。但科學家們在研究中強調稱，機器人的靈活度和壽命方面仍然存在很大的提升空間。

手指可全方位活動，能彎曲90°左右，能成功拿起並放下一個塑料圓環。

兩根機器手指通過協作成功拿起了一個3D列印的方形框架。

試驗中所使用的組織不是來自於生物體提取，而是來自實驗室的培育。換句話說，是從零開始培育肌肉、而不是摘取在動物體內長出的肌肉。研究人員通過含實驗鼠骨骼肌細胞的溶液製作出長方形的肌肉薄片，在十天時間裡，肌肉會在骨骼上慢慢生長，再疊加薄片培育出長約8毫米的肌肉組織。再將肌肉組織安裝在手指形的樹脂骨骼兩面，製成了這個全長近3厘米的手指機器人。這些肌肉纖維能在10毫牛的力量下收縮。

機器框架包含了旋轉接頭和轉折點來供肌肉附著。我們知道，人的腕部是夾住骨骼與關節的兩塊肌肉相互牽拉實現力量平衡的，研究團隊著眼於這一結構，通過電極傳遞的小型震動脈衝讓肌肉像真正的人體肌肉一樣進行收縮和放鬆。電擊其中一側的肌肉，單側肌肉在電的刺激下收縮後，相當於關節的零部件會動，前端會像指尖一樣抬起。

目前手指機器人還只能在溶液中活動，溶液中的養分浸透到肌肉中，從而可以讓肌肉內部的組織正常活動。研究人員稱將來有可能為它覆蓋上皮膚構造等，使其暴露在空氣中也不會導致肌肉內部組織乾燥，從而實現在空氣中活動。

論文的通訊作者竹內昌治教授說：「一製造出肌肉，我們就成功地將它們用作機器人身上的拮抗組，一個收縮，另一個擴張，跟人體內一樣。它們彼此施加相反的力量，因而不會像以前的研究中那樣萎縮腐化。」 同時，他希望這一成果今後能夠運用於依靠肌肉活動的上下肢假肢上，以及用於研究與運動有關疾病的療法等等。

論文的第一作者森本雄矢說：「如果我們能將更多像這樣的肌肉組合到一個裝置里，我們就能夠重現讓雙手、胳膊和身體其他部位發揮作用的複雜肌肉運動。」

科學家們也希望再接再厲，培育出更加複雜的人體結構並在生物合成機器人身上複製。

這一研發成果意味著未來的人形機器人或許將不再需要鋼板和塑料，同時，它也為生物工程師提出了思路，未來有一天他們有可能在實驗室培育出成熟的肢體。至於這一成果會不會為製造類似超人的生化人奠定基礎，科學家表示，大規模應用至少要再過十年~