研究人员开发出微小的“Spinobots”，使用大鼠肌肉和脊髓组织

在机器人领域的一个奇怪而重要的发展中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发出了微小的“Spinobots”，能够行走。它们由大鼠肌肉和脊髓组织提供动力，这些组织存在于软的3D打印的水凝胶骨架上。

在新的发展之前，生物机器人依赖于简单的肌肉收缩来向前移动。通过在这些新机器人中使用脊髓，它们可以以更自然的节奏行走。

玛莎·吉莱特是研究的领导者和细胞和发育生物学教授。

“这些是朝着交互式生物设备发展的开始，这些设备可以应用于神经计算和恢复性医学，”吉莱特说。

研究结果发表在《APL Bioengineering》杂志上。

制作Spinobots

为了制造Spinobots，研究人员首先打印了微小的骨架。它有两个柱子作为腿，还有一个柔韧的“背部”。然后，骨架被种植上肌肉细胞，这些细胞生长成肌肉组织，并从大鼠身上取出一段腰椎并将其整合到机器人中。

科林·考夫曼是一名研究生，也是论文的第一作者。

“我们特意选择了腰椎，因为以前的工作已经证明它包含了控制下肢在行走时的左右交替运动的电路，”考夫曼说。“从工程角度来看，神经元是驱动更加复杂和协调的肌肉运动所必需的。最大的挑战是神经元的生长，因为以前没有人成功地培养过完整的啮齿动物脊髓。”

设计脊髓整合方法

研究人员开发了一种方法来提取完整的脊髓并将其培养，同时将其整合到机器人中，并与肌肉和神经组织一起培养。这样做时，他们必须确保神经元与肌肉形成连接。

在设计了新的方法后，研究人员观察到了发生在Spinobots中的肌肉收缩。这些收缩表明神经-肌肉连接确实形成了，两种不同类型的细胞正在相互通信。为了确保脊髓功能正常（这对于行走是必要的），研究人员使用了谷氨酸。谷氨酸是一种神经递质，有助于神经向肌肉发出收缩信号。

由于谷氨酸，肌肉收缩，腿部以自然的节奏移动，一旦谷氨酸被移除，Spinobots就不再行走了。

研究人员的下一步包括完善Spinobots的运动，使其更加自然。他们希望通过使用小规模的脊髓整合来创建外周神经系统的体外模型。

“外周神经系统的体外开发——脊髓、神经生长和神经化肌肉——可以让研究人员更容易地研究神经退行性疾病，如ALS，并可以更容易地访问所有受影响的组成部分，”考夫曼说。“此外，这项技术可以用作外科手术训练工具，从使用真实的生物组织作为练习假体到实际帮助进行手术。这些应用目前还在遥远的未来，但包含完整的脊髓电路是一个重要的进步。”