近日，伊利诺伊大学香槟分校、西北大学共同在《科学机器人》杂志上发表了最新的研究成果，即一款可实现远程控制的厘米级生物机器人。

据介绍，这款混合型电子机器人首次将软材料、活肌肉和微电子技术结合在一起。


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突破性成果

伊利诺伊大学生物工程教授、格兰杰工程学院院长拉希德·巴希尔（Rashid Bashir）率领研究团队率先开发了这款小型生物机器人，它依靠一种由生长在柔软的3D打印聚合物骨架上的老鼠肌肉组织驱动，而不是传统的机械传动。

巴希尔表示，集成微电子技术可以实现生物世界和电子世界的合并，两者都有自己的许多优势，现在可以生产这些电子生物机器人和机器，而后者将在未来应用于许多医疗、传感及环境应用等场景。

为了实现生物机器人的远程灵活控制，研究人员摒弃了笨重的电池和系绳线，使用接收线圈来获取电能，并提供稳定的输出电压来为微型发光二极管供电。

研究人员可以向电子机器人发送无线信号，促使LED光源发出脉冲。LED刺激光敏工程肌肉收缩，移动聚合物腿，使机器“行走”。同时，微型发光二极管非常有针对性，可以激活肌肉的特定部分，使两足机器人转向所需的方向。

对于伊利诺伊大学香槟分校而言，该篇论文是十多年生物机器人研究的一项重要里程碑。

在2012年，Rashid Bashir的研究团队推出了行动模式单一的行走生物机器人。到了2016年，光激活生物机器人成功问世。光激活让研究人员能够实现一些行为控制。但在实际应用中，光脉冲的传递很容易受到实验环境的影响，使得生物机器人的远程控制效果大打折扣。


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西北大学助力

最终，解决生物机器人远程控制难题的答案来自西北大学的教授约翰·罗杰斯（John A. Rogers）。罗杰斯是该大学柔性生物电子学的先驱，他的研究团队帮助集成了微型无线微电子和无电池微型发光二极管。这项成果使得研究人员实现了电子机器人的远程控制。

罗杰斯表示，“技术和生物学的这种不寻常的结合为创造自我修复、学习、进化、交流和自我组织的工程系统提供了巨大的机会。我们觉得这是未来研究的沃土，在生物医学和环境监测方面有着特定的潜在应用。”

巴希尔与罗杰斯的研究团队通力合作，为生物机器人添加了免电池微型发光二极管。而后者发送无线信号会导致发光二极管亮起，刺激肌肉，驱动生物机器人以每秒约0.8毫米的速度向前移动。

此外，研究人员还使用计算建模来优化电子机器人的设计和组件集成，以提高生物机器人的稳固性、速度和可操作性。


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临床医学应用

伊利诺伊机械科学与工程教授马蒂亚·加佐拉（Mattia Gazzola）负责电子机器人的模拟和设计。加佐拉实验室的博士后研究员Xiaotian Zhang表示，支架的迭代设计和附加3D打印可以帮助生物机器人实现快速循环实验和性能改善。

研究团队成员Youngdeok Kim则认为，机器人未来将集成更多的微电子器件，包括化学和生物传感器，或3D打印的支架部件，用于推动或运输生物机器人遇到的东西。

而电子传感器或生物神经元的集成将使电子机器人能够感知和响应环境中的毒素、疾病的生物标记和更多可能性。

因此，首个混合生物电子机器人问世之后，有望为医疗保健的临床应用带来革新，例如原位活检和分析，微创手术，甚至人体内的癌症检测等等。