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該研究以卷首文章形式發(fā)表
近年來(lái)，由生命系統與機電系統在分子、細胞以及組織等多尺度融合而成的類(lèi)生命機器人迅速發(fā)展，在組織工程、器官芯片和醫療等領(lǐng)域展現出了應用潛力。
構建類(lèi)生命機器人常用的生物材料包括心肌細胞、人工骨骼肌組織（ASMT）、昆蟲(chóng)背血管組織、微生物等。其中，人工骨骼肌組織因其良好的尺寸可擴展性、可控性和潛在的高驅動(dòng)力而被廣泛應用。
近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所科研人員從人類(lèi)骨骼肌訓練模式中獲得啟發(fā)，開(kāi)發(fā)出了一種電-力共刺激系統，可有效提升人工骨骼肌組織的驅動(dòng)性能，相關(guān)研究以卷首文章（Frontpiece）形式發(fā)表于Advanced Functional Materials。
在人體中，骨骼肌組織從胚胎到成年，都受到神經(jīng)電刺激和機械刺激的共同訓練或維持?？蒲袌F隊模仿了人類(lèi)骨骼肌在神經(jīng)電脈沖刺激下，克服外界負載進(jìn)行收縮的自然訓練模式，同時(shí)施加電刺激和動(dòng)態(tài)機械刺激，顯著(zhù)提升了人工骨骼肌組織的蛋白分化率與收縮性能，從而實(shí)現類(lèi)生命機器人的快速驅動(dòng)。
實(shí)驗結果表明，經(jīng)過(guò)訓練的人工骨骼肌組織蛋白分化率提升約50%，收縮力最大提升約98%，展現出與天然骨骼肌類(lèi)似的成熟肌節機構。值得注意的是，在低負載條件下，人工骨骼肌組織驅動(dòng)部分的最大收縮應變可達18%，接近天然骨骼肌的收縮應變，表明其至少有一個(gè)維度接近天然骨骼肌性能。由該人工骨骼肌組織驅動(dòng)的仿毛毛蟲(chóng)機器人能夠以最大2.38 mm/s的速度運動(dòng)，刷新了公開(kāi)資料中由人工骨骼肌組織驅動(dòng)的類(lèi)生命機器人的速度記錄。
系統示意圖
該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項目和機器人與智能系統全國重點(diǎn)實(shí)驗室項目的支持。
論文連接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410334
附件下載：2.jpg
來(lái)源：中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號