科学家用活体细胞创造出机器鱼

来源：腾讯科技   发布者：亦云   日期：2016-07-12  

据外国媒体报道，美国工程师最近宣布创造了一个新型的机器鱼，这条机器鱼使用了大概20万个的大老鼠的肌肉细胞，鱼身骨架全部都是用黄金打造的。 这只机器鱼身长只有0.6英寸（相当于16毫米），能够与黄貂鱼一样在水中优雅的游来游去。 工程师可以通过控制光脉冲信号来控制这条微小的机器鱼的游动方向以及速度等等。而这个发明创造对整个科学界来说都是意义非凡的，因为这可能会引发一种新的科学方法---利用组织工程学创造仿生生物、材料。 每当提起机器人，人们最先想到的可能就是一个闪闪发光的金属机器，迈着蹒跚的步伐，做着生涩的动作，摇摇晃晃的一个家伙。 但是，这次工程师们研发创造出来的这个机器黄貂鱼，能够非常完美的模仿优雅、高效的海洋生物群体。 更加令人觉得奇怪的是，这条机器黄貂鱼的行动能力以及接受指令的能力却是依靠大老鼠的光敏感心脏细胞。 由哈佛大学以及牛津大学等研究机构研究出来的新型机器黄貂鱼是利用组织工程建立仿生机器人的一种新方法的尝试。 这条机器黄貂鱼的设计是基于鳐鱼包括黄貂鱼等的运动规律进行的模拟。而这些鱼是根据他们身体的宽度以及长度，包括从他们头部延伸下来的翅膀一样的鱼鳍的形状来进行区分的。 这些鱼是通过鱼鳍从前向后的摆动，产生的高效能的波推动其运动，使其能够保障在水中优雅的来去自如。 受到这个的启发，机器人科学家Sung-Jin Park和他的团队设计了一个微小的软组织机器人，通过测试发现这个微小的软组织机器人只有0.6英尺（大约16毫米）长，重量只有0.4盎司（大约10克），但是却保持了与真实黄貂鱼相似的性能和效率。 他们制造的这个机器鱼，是一个具有不带电的纯黄金的鱼骨架机器，并且模仿了黄貂鱼的形状，在它的表面覆盖着一层薄薄的弹性聚合物，这样的话就可以使得这个机器黄貂鱼能够非常灵活的在水里来回摆动。 沿着机器黄貂鱼的顶部，科学家们战略性地植入很多称为“心肌细胞”的大老鼠的肌肉细胞进去，总共使用了大概20万个这种称为“心肌细胞”的大老鼠肌肉细胞。 当这些称为“心肌细胞”的大老鼠肌肉细胞受到刺激的时候，就会细胞的收缩使得他的鱼鳍向下移动，从而产生水波进行移动。 因为在称为“心肌细胞”的这些大老鼠细胞通过收缩造成鱼鳍上下移动的过程当中还需要“心肌细胞”的二次膜的帮助。所以科学家们设计了一套纯黄金制造的鱼骨架，通过这个黄金鱼骨架可以储存一些向下的能量，而这些能量的释放，可是使得鱼鳍能够向上移动，就好像是细胞的放松一样，从而实现了鱼鳍的上下移动，控制与的前进与后退。 与此同时，这些大老鼠的肌肉细胞通过基因工程改造，使得其具有对光的强烈敏感性，这样的话，就可以通过光脉波来控制机器黄貂鱼的移动。 科学家们通过测试发现，通过不对称光脉冲信号来刺激机器黄貂鱼的基因改造后肌肉细胞能够控制机器黄貂鱼到底是向左移动还是向右移动，与此同时，通过不同频率的光脉冲信号来刺激机器黄貂鱼的基因改造后肌肉细胞能够扑控制机器黄貂鱼到底是以什么样的速度移动。 通过以上的这种方法，科学家们可以控制这种机器黄貂鱼进行最基本跨越障碍的移动。 制造机器人很大的一部分原因就是想要更好的了解心脏。因为机器人的很多内部结构与心脏都十分类似，而他就像是一个肌肉泵。 研究员凯文·基特·帕克（Kevin Kit Parker）对每日邮报说：“我们的想法是通过观察更多的自然界的生物利用反向工程技术，制造更多的肌肉泵，从而能够更好的帮助我们更好的理解心脏以及心脏相关的疾病。” 与此同时，帕克说：“这项研究发明也帮助了海洋生物学家了解了黄貂鱼究竟是如何建立的，同时也帮助了机器人工程师，让他们看到了可以把细胞用作生物工程材料的可能性，而这对于未来将是一个存在巨大价值与意义的巨大的创新。” 帕克解释说：“参与儿科心脏病工作的团队里面的大多数人都在参加一个课程来学习我们从这个项目里面学到的新知识，通过这些新知识可以来解决一直折磨新生儿的心脏病问题。” 当帕克带着他的女儿去水族馆参观时，他感受到了这个项目带给他的无比兴奋的时刻。 帕克说：“我的女儿一直把这条鱼当成宠物，她试图把自己的手伸进水里，而这条鱼非常迅速的躲开了她，用一个非常优雅娴熟的动作游到其他地方去了。” 帕克说：“这对于我来说简直就像晴天霹雳一样让我十分震惊，因为我们能建造一个这样的肌肉组织，而这个肌肉组织与心脏又是何其的相似，真是太不可思议了。” 通过光波来控制机器黄貂鱼的前进与后退，快游与慢游也，这项技术同样使他的女儿感到非常的震惊。 帕克说：“当我的女儿还小的时候，我经常会用激光笔在地上照一个圆点，而我的女儿就一直追着想要去踩这个激光点。” “我甚至根本不用陪着她，就只用这根激光笔，就可以让她安全的走过人行横道，因为她他会一直追着这个激光点向前走，我只要正确的控制激光点的位置就可以了。” 帕克说。 帕克说：“而这些事情现在却真实的发生在我们利用光遗传学以及仿生生物学模仿黄貂鱼制造的机器人黄貂鱼身上了。所以，这就是我们正在做的东西。”（寅木） 美国哈佛大学研究人员７日说，他们研制出一种由心脏肌肉细胞驱动的机器鱼，能够对光信号作出反应。 这条机器刺魟长１.６厘米，身型只及最小真实刺魟的十分之一，能扇动鱼鳍，跟随一束蓝光指引，绕开障碍物在水中游。 项目负责人、哈佛生物工程科学家凯文·基特·帕克介绍，研究人员用黄金制成一具柔韧的“骨架”，在其上铺上硅胶制成的鱼鳍，鱼鳍最上层铺有２０万个老鼠心脏肌肉细胞。心脏细胞通常自发跳动，但这些细胞中加入了海藻基因，只有暴露在特定波长的蓝光之下才会收缩。当心脏细胞跟随光线指挥收紧或放松时，机器刺魟就会上下扇动鱼鳍。 研究人员用了３年时间制造出第一条机器刺魟，如今只要一个星期就能再造一条。机器刺魟的寿命只有１个星期，从鱼缸中的葡萄糖溶液汲取能量。 哈佛研究团队目前不打算将机器刺魟付诸商业应用，但已申请了多项技术专利。他们希望相关研究有助于研发人造心脏。（袁原）

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