研究

加泰罗尼亚研究人员将3D生物打印肌肉用于软式机器人

一组科学家来自加泰罗尼亚生物工程研究所(IBEC)已使用3D生物打印技术制造肌肉,用于柔软的机器人

塞缪尔·桑切斯(Samuel Sanchez)是这项研究的合著者之一加泰罗尼亚研究和进修学院他说:“仿生软机器人是一门令人兴奋的新学科,因为它可以帮助我们克服传统机器人系统的局限性,如灵活性、响应性和适应性。”

“我们正在探索3D生物打印的潜力,以制作更好的3D生物打印,因为它提供了速度、易用性、形状和材料定制以及可扩展性选项。”

3D打印肌肉组织的软机器人应用。通过威利的形象。
3D打印肌肉组织的软机器人应用。通过威利的形象。

柔软的机器人

软机器人,有时被称为生物机器人,是模仿自然生物行为的机器人。软机器人通常由具有自适应特性的柔韧材料制成,通常是生物驱动的,即它们对外部刺激(如电)作出响应。

在最近的IBEC研究中,利用3D生物打印技术制作了肌肉组织生物致动器。生物致动器是由骨骼肌组织与肌管(一种由肌肉细胞构成的纤维管)对齐制成的。本实验的目的是设计能够施加力和潜在抓地力的细胞结构,或者沿着表面行走。

IBEC的合著者和博士后研究员塔尼亚·帕蒂尼奥(Tania Patiño)解释说:“我们发现它们(生物致动器)具有功能性和响应性,它们产生的力可以根据不同的要求进行调节。”

此外,Patiño表示,“我们现在对基于肌肉的生物致动器适应性背后的基本机制有了更多的了解,3D生物打印作为一种快速且经济的制造方法是成功的。”

生物致动器的刺激响应结果。图像通过威利。
生物执行器的刺激反应结果。通过威利的形象。

3D打印生物驱动器

对于印刷过程,生物相容性水凝胶是发达国家。这确保了细胞生存所必需的环境。的生物墨水是由透明质酸(HA)、明胶和纤维蛋白原混合制成的,纤维蛋白原是一种蛋白质,在血液中循环并形成凝块,以阻止过度出血。这种混合物包裹成肌细胞,这是一种能发育成肌肉组织的干细胞。

为了防止肌肉组织因收缩而塌陷,肌肉组织被印刷在由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的柱子周围,PDMS是一种硅树脂。研究表明,除了作为支撑物外,PDMS桩还允许研究人员“测量生物致动器在电刺激下对桩施加的力,从而对适应性有更深入的了解。”

拉斐尔·梅斯特博士。这项研究的学生兼合著者解释说:“我们已经证明,将生物系统集成到机器人设备中,为他们提供了从自然系统获得的能力,并显著提高了他们的性能。”

“这可能是开发能够抓取、行走或执行其他简单动作的软机器人设备的关键。”

带支架的3D生物打印肌肉。威利形象酒店
带支架的3D生物打印肌肉。威利形象酒店.

本文讨论的研究题目是,基于骨骼肌组织的3D生物打印生物致动器的力调制和适应性. 它发表在《先进材料技术》杂志上。该书由拉斐尔·梅斯特尔、塔尼亚·帕蒂尼奥、泽维尔·巴尔塞洛、希维什·阿南德、阿里阿德娜·佩雷斯·吉梅内斯和塞缪尔·桑切斯共同撰写。

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特色图像显示3D生物打印肌肉与支撑。通过威利的形象。

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