新技术赋予生物机器人自由行走的能力

（文章来源：教育新闻网）

微型生物机器人的进步比以往任何时候都要大，这要归功于脊髓引导他们的脚步。

伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员开发了这种微小的行走“ spinobots”，它由大鼠肌肉和脊髓组织在柔软的3D打印的水凝胶骨架上提供动力。细胞与发育生物学教授马莎·吉列特说，虽然前几代生物机器人可以通过简单的肌肉收缩而前进，但脊髓的整合使它们具有更自然的行走节奏。

吉列特说：“这是朝着可以在神经计算和修复医学中应用的交互式生物装置发展的开始。”研究人员在APL Bioengineering杂志上发表了他们的发现。为了制造旋转机器人，研究人员首先印刷了微小的骨架：两个腿部支柱和一个只有几毫米宽的柔性“骨架”。然后，他们用肌肉细胞播种，然后长成肌肉组织。最后，他们整合了大鼠的一部分腰椎脊髓。

该论文的第一作者研究生科林·考夫曼说：“我们之所以特别选择腰椎脊髓，是因为以前的研究表明它容纳了控制行走过程中下肢左右交替的回路。”“从工程学的角度来看，神经元是驱动更复杂，协调的肌肉运动所必需的。神经支配的最具挑战性的障碍是，从未有人培养过完整的啮齿类动物脊髓。”

研究人员必须设计一种方法，不仅要提取完整的脊髓然后进行培养，还必须将其整合到生物机器人上并一起培养肌肉和神经组织，并以神经元形成的方式进行与肌肉交界处。

研究人员看到了旋转机器人中的自发性肌肉收缩，这表明已经形成了所需的神经肌肉连接，并且两种细胞类型正在交流。为了验证脊髓的功能，以促进步行，研究人员添加了谷氨酸盐，谷氨酸盐是一种神经递质，能促使神经发出信号指示肌肉收缩。

谷氨酸导致肌肉收缩，腿部以自然的步行节奏运动。冲洗掉谷氨酸后，旋转机器人停止行走。接下来，研究人员计划进一步改善旋转机器人的运动，使其步态更加自然。研究人员希望这种小规模的脊髓融合是建立外周神经系统体外模型的第一步，而这在活体患者或动物模型中很难研究。

考夫曼说：“体外周围神经系统的发展(脊髓，外生物和神经支配的肌肉)可以使研究人员实时研究ALS等神经退行性疾病，并且更容易获得所有受影响的成分。”“从作为真正的生物组织制成的练习假人到实际帮助执行手术本身的方法，还有多种方法可以用作外科手术训练工具。目前，这些应用还处于相当遥远的位置未来，但纳入完整的脊髓回路是向前迈出的重要一步。”
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