生物混合技术突破:日本研究用活体肌肉构建机械手指

正在工作的机械手指，注意上方正在收缩和舒张的肌肉

北京时间6月5日消息，据国外媒体报道，通过让人工骨架“长”出肌肉，日本研究人员构建了一个既非常灵活，又十分耐用的“生物混合”（biohybrid）机械手指。这项突破或许将带来更加真实的机器人，以及更加先进的义肢。

生物混合机器人技术是将活体的生物组织与人工机械结合的工程技术。科学家先是在实验室中培育出心肌或骨骼肌组织，将其固定在柔韧材料上并使其收缩和舒张，从而打造出十分灵活的“赛博格”（cyborg），即机械化有机体。这些肌肉能使原本没有活力的机械部分完成诸如抓握和行走等动作。不过，问题在于这些改造的肌肉组织往往会随时间推移——通常是因为过度使用——而萎缩并丧失功能。

根据近期发表于《科学-机器人学》（Science Robotics）杂志的论文，日本东京大学生产技术研究所的研究者开发出了一款像人类手指一样灵活的机械关节，能比类似的生物混合设备工作更长时间。这种机械手指的肌肉不仅能收缩，而且还能舒张，从而延长了使用寿命。

由Yuya Morimoto和Shoji Takeuchi领衔的研究团队采用一小块实验室生长的未成熟动物肌肉细胞，将其放在几张水凝胶薄片上，通过液体浴（这些肌肉细胞无法在液体生长介质以外存活）使它们继续生长直至成熟。水凝胶薄片锚定在机械骨架上，而更关键的是将肌肉以“对抗”形式成对排列，使它们以相反的方式工作。

“在构建好肌肉之后，我们成功地使它们在机器人中彼此对抗，也就是在一条肌肉收缩的同时，另一条肌肉舒张，就像身体中的肌肉一样，”Takeuchi在声明中解释道，“它们对彼此施加相反的力量，可以防止萎缩和退化，避免出现之前研究中出现的情形。”

当肌肉在机械骨架上固定好之后，研究人员便用电极诱导肌肉收缩，带动关节活动。在试验中，机械手指可以轻巧地将一个小环放在目标上；两根机械手指还可以相互协作，提起更重的物体，比如塑料方框。这些机械手指可以正常工作一个星期以上。实验表明新的方法十分有效，这些肌肉还可以像手指一样弯曲成90度。

研究人员希望加入更多的肌肉，开发出更为复杂的机器人设备。他们的最终目标是构建出其他生物混合肢体，比如整只手掌或手臂。这种方法或许还将带来在生物学上更加精确的“人体芯片”（muscle-on-a-chip）系统，用于药物开发和试验。另一方面，这项技术可能会帮助生物学家在动物生理学和功能研究上有新的突破。随着机械手指等技术的发展，或许在不远的将来，我们就能见到各种功能强大的智能机器人行走在我们中间。