这个领域被称为生物杂交机器人是生物混合与有机机器人小组(B.O.R.G.)的中心研究方向，该小组由机械工程助理教授维多利亚·韦伯斯特-伍德领导。“我们的最终目标是能够利用生物材料作为制造可再生、生物可降解机器人的工程材料，”她说。
发表在生物医学工程杂志，博士生孙文环的目标是更好地了解如何制造材料线用于这些特殊的机器人。这些丝线是由胶原蛋白制成的，胶原蛋白是一种在皮肤、韧带和肌腱等结构组织中发现的天然蛋白质。
从本质上讲，这项研究的目标是更好地了解如何制造用于机器人的人造肌腱。在我们的身体里，肌腱将肌肉和骨骼连接起来，非常强壮。这意味着这些胶原蛋白线可以在机器人中用于非常类似的目的，将活体肌肉驱动器连接到机器人上，帮助它行走、跳跃或游泳。
但机器人材料的机械性能对活体肌肉驱动器的生长和性能有很大影响。
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这意味着Sun不仅要了解如何最好地制造这些胶原蛋白线，还要探索如何调整它们的机械性能。取决于你想让机器人做什么，你可能需要一种更像肌肉或更像肌腱的材料。
孙的丝线是用一种叫做电压实的技术制造的。它最初是为组织工程而开发的，现在正由B.O.R.G.等组织进行微调
为了制造这些丝线，胶原纤维要通过一种叫做电压实细胞的特殊类型的细胞，这要归功于它们本身携带的电荷。这些纤维最终会在这个过程中被压缩在一起，形成电化学排列的胶原蛋白(ELAC)线。
Sun想要研究你能在多大程度上调整这个压缩过程来创建不同的线程，以使整个制造过程多样化。组织工程以前的工作主要集中在制造最结实、最像肌腱的线。生物混合机器人需要更多的细微差别和技巧。
当第一次压实时，这些线令人惊讶地脆弱，难以使用——还没有像天然肌腱那样坚固。Sun讲述了试图将紧凑的线程放入容器的困难。“因为塑料容器周围有静电，线想要粘在墙壁的任何一边。这让事情变得非常困难，”他解释道。
尽管这些丝线可能相当长——太阳创造了一条高达40厘米(约15英寸)的丝线——它们非常薄。它的宽度大约在50到100微米之间——大约是人类头发的宽度。
通过时间和实践，他能够进行一系列实验，确定一组制造参数如何影响最终的螺纹。他还研究了这些参数之间的相互作用，并能够获得广泛的可调属性。
尽管结果在一定程度上是预期的——例如，花更多的时间让丝线致密，就会产生更强、更大的丝线——这项研究是该团队假设的第一个可验证的证据，并将帮助未来的研究人员设计和选择电压实的胶原蛋白材料用于他们自己的工作。Sun还能够训练一个深度神经网络，以便根据特定研究人员可能想要的机械性能，推荐特定的制造参数。
对于下一步，Sun的目标是将这些线程输入3D打印机，这样它们就可以用来创建不同的形状和结构。他目前正与生物医学工程和材料科学与工程教授亚当·范伯格(Adam Feinberg)合作，以实现这一目标。紧实的胶原蛋白线的强度意味着它们可以用于比柔软、粘稠、基于肌肉的打印更广泛的应用，很可能会帮助新一代生物混合机器人从地面上启动。
来源:卡内基梅隆大学
