一個國際研究小組研發(fā)出了一款及其仿真的機械黃貂魚，弱化了動物和機器的界限。通過感光心臟細胞推動，這款半機械魚可促進未來醫(yī)療設備的發(fā)展，推動研發(fā)更多和栩栩如生的合成動物。
正如一只真實的黃貂魚，這個微型機器人有一個平滑的軀干和長長的翅膀狀魚鰭。而且正如實物一樣，它會上下擺動魚鰭在水中游動。黃金骨架包裹著聚合物“皮膚”，約200,000只老鼠的心臟細胞給整個身體鑲邊。長度僅為16毫米，重量僅有10克，從現(xiàn)實意義來說，它是一個半機械體——一個生物學與合成零件的混合體。
半機械黃貂魚的研發(fā)是由哈佛大學生物工程學和應用物理學教授Kit Parker主導的。這個項目期間，他和他女兒Caroline參觀新英格蘭水族館，迎來了他的“尤里卡”時刻。
“她把手放進水里想親撫一只黃貂魚，但這只黃貂魚很快以優(yōu)雅的姿態(tài)從她手里游走了，” Parker告訴Gizmodo?！斑@讓我靈光乍現(xiàn)，我可以給肌肉加上這套系統(tǒng)，這樣它看起來就會很像心臟的肌肉層?！?/p>
Parker給他的團闡述了他的觀點，他們便著手研發(fā)這款微型柔軟的機器人。電中性黃金骨架做好后，研究人員給它覆蓋了一層薄的柔性聚合物。一系列的感光(光伏)心肌細胞也沿著邊緣做了部署。
當暴露在光亮下時，肌肉細胞會統(tǒng)一給魚鰭發(fā)出向下游動的指令。為作出向上游的動作，研究人員給黃金骨架設計了自動儲存向下游動的部分能量，當細胞放松時便會釋放出來。
為研發(fā)一套指導性的系統(tǒng)，Parker再一次找他女兒尋求靈感?！爱斔€是小女孩的時候，有一次我把激光筆的光打在地上，她就會試圖去踩，”他說?！拔覀儠刂值郎⒉剑視玫厣系墓恻c引導她安全地走過人行道。我突然想到，我們可以利用光遺傳學對這個工程黃貂魚進行模擬實驗?！?/p>
這便是他們所做的。利用感光細胞的力量，Parker團隊能夠通過使用光源的不對稱脈沖控制黃貂魚的方向。當黃貂魚向前游動時，脈沖可以引導它向左或向右游動。不同的光源頻率可以控制它的速度。他們讓機械黃貂魚游過一個超越障礙訓練場，以此檢測光驅(qū)動導航系統(tǒng)。
對這個項目來說，不僅僅是研制一條仿生魚。Parker主要目的是了解心臟，了解它解剖學的各個部分對血液循環(huán)所起的作用。“除甲殼類動物外，幾乎所有的海洋生物都有方便液體流動的肌肉組織，” Parker說道?！盀榱送七M我們關(guān)于心臟的研究，我們已經(jīng)開始著眼于海洋生命形式及其所代表的肌肉泵心臟的研究?！?Parker希望通過對自然界其他肌肉泵形式的反向工程加深對人類心臟以及心臟疾病的了解。
這項研究也可能引導甚至更好，更有用的，自動化和半自動化機器人。談到制造更好的機器人，生物有其優(yōu)勢。比如，這款特殊的機器人就比其他類似設備速度更快；它細胞的機能既可做執(zhí)行器和又可做傳感器?！磅r活的肌肉細胞比合成的執(zhí)行器高效節(jié)能得多，而且它們還能通過編程做很多很酷的事情，” Parker說道。
當然，生物學也不是完美的。把細胞作為制造材料的一大劣勢就是，他們都很脆弱，而且最終都會死掉。但組織工程和軟機器人技術(shù)的潛力是巨大的。這個微型半機械魚給更大更好的東西的問世提供了一個明確信號。
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