美國麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家通過基因改造，設(shè)計(jì)出了能在激光脈沖照射下收縮的肌肉細(xì)胞。這種光敏組織可被用于構(gòu)建關(guān)節(jié)型仿生機(jī)器人，使其在移動(dòng)時(shí)也能具備和人類一樣的力量和靈活性。相關(guān)研究論文發(fā)表在《芯片實(shí)驗(yàn)室》雜志上。

研究人員基于骨骼肌進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槠浔刃募』蚱交《家獜?qiáng)勁有力，在人類跑步、走路或進(jìn)行其他物理運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)被用到。自然情況下，神經(jīng)元會(huì)發(fā)射電子脈沖以刺激肌肉，從而引發(fā)肌肉收縮。在實(shí)驗(yàn)室中，科學(xué)家通常會(huì)使用帶有微弱電流的電極作為肌肉纖維的刺激源。這種技術(shù)雖然有效，但很笨重，而且電極所需的電力也會(huì)使機(jī)器人陷入缺電的困境。

不同的是，這次科研人員改用短波激光脈沖來作為外界刺激源，希望骨骼肌細(xì)胞也能在激光的刺激下發(fā)生抽動(dòng)。研究人員首先對(duì)成肌細(xì)胞進(jìn)行了基因改造，使其能夠表達(dá)出光激蛋白。隨后將成肌細(xì)胞融進(jìn)了較長的肌肉纖維，并用20毫秒的藍(lán)光脈沖對(duì)其進(jìn)行照射。結(jié)果顯示，當(dāng)大量的激光束照射在纖維束上時(shí)，所有的纖維都發(fā)生了收縮。

另外，他們還將肌纖維和水凝膠互相混合，形成了三維的肌肉組織，并利用激光對(duì)這些組織進(jìn)行刺激測(cè)試。研究人員發(fā)現(xiàn)，三維肌肉也會(huì)按同樣的方式進(jìn)行彎曲和收縮，因此利用小型的微機(jī)械芯片對(duì)肌肉組織的力量進(jìn)行了測(cè)量。這種芯片內(nèi)包含多個(gè)“井”，每個(gè)里面都放置了兩幅容易彎曲的紙片。他們把肌肉條粘著在每個(gè)紙片上，隨后用激光刺激它們。當(dāng)肌肉收縮時(shí)，其也將帶動(dòng)紙片向內(nèi)彎曲；由于每張紙片的硬度已知，他們能通過其彎曲的角度計(jì)算出肌肉的力量大小。

研究人員表示，這是首個(gè)借助光照成功刺激骨骼肌收縮的研究，為控制肌肉提供了新的“無線”方式。這種技術(shù)也可為制造高度靈活的仿生機(jī)器人奠定基礎(chǔ)，其可在1毫米范圍內(nèi)提供10度的自由度，在醫(yī)療設(shè)備、藥物篩選、導(dǎo)航和移動(dòng)系統(tǒng)等方面能得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)裝置還可作為肌肉訓(xùn)練中心，以增強(qiáng)肌肉組織的力度和韌度，這對(duì)因臥床不起缺乏鍛煉而導(dǎo)致肌肉張力下降的病患而言絕對(duì)是個(gè)福音。