日本用活体肌肉构建机械臂，人类与机器融合取得新突破

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　　文/夏乙 

　　来源：量子位（ID：QbitAI）

　　来，看一段亦可赛艇的视频。

　　一只其貌不扬的机械臂，颤巍巍地逐渐靠近塑料圆环，弯曲、抬起、带走它、移到旁边的圆柱上、伸直、放下它……

　　这有什么稀奇？

　　秘密就在机械臂上方两侧粉嫩嫩的部分。

　　那是，活生生的，肌肉！

　　对的，这个来自日本的机械臂采用了“生物混合（biohybrid）”设计，模拟人类手指的结构和功能，用两组大鼠肌肉来控制机械臂关节。

　　也许叫它“机械指”更合适。

　　而且，这个使用了活体肌肉的机械指，还能相互协作，提起重量更大的东西。不信你看。

　　上面这个混搭了活体肌肉的机械臂，出自东京大学的Yuya Morimoto、Hiroaki Onoe和Shoji Takeuchi等人。

　　如今登上Science Robotics最新一期封面。这足以证明其分量。有报道谈到这个研究时，称之为机器人领域的新突破。

　　活体机械指如何打造？

　　上面这个能直能弯的机械指看起来简陋，内部结构却并不简单，论文中有详细的介绍。

　　机械指的中心是一根“骨架”，带有一个关节，骨架顶端和中间分别有两个电极。在两对电极之间，有四个活动的锚点，上面生长着两组对抗性的活体骨骼肌，下边的两个锚点带有柔性连接带，连到关节的两侧。

　　肌肉受到电流刺激会收缩，也就带动着关节运动，完成了机械指的弯曲动作。

　　虽说用到了活体肌肉，但制造过程中并不需要磨刀霍霍向大鼠。这些肌肉是直接从机械指的骨架上“长”出来的。

　　为了让树脂骨架长出肌肉，科学家们在上面铺满了包裹着成肌细胞（大鼠肌肉细胞）的水凝胶片。

　　水凝胶片只能保障肌肉长大，却不能一直让它存活下去。所以，这个使用活体肌肉的机械指有一个非常大的局限：只能生活在水里。

　　这么艰难，为什么还要用活体肌肉呢？

　　因为机器人通常用的那些塑料、金属之类的材料，无论是运动幅度还是弹性都比肌肉差远了。

　　一周的寿命

　　活体肌肉性能好，但真正用到机器人上，就面临这个一个非常现实的问题：一条肌肉能用多久？

　　这项新研究的答案是：“长达”1周。

　　论文的作者之一Takeuchi之前就在机器人上用过活体组织，但是，寿命都非常短，用不了几次，肌肉就会收缩到无法工作。

　　这次，为了延长活体肌肉的寿命，他们使用了一种特殊的结构：让肌肉对抗性成对排列。

　　所谓“对抗性”，我们胳膊上的肱二头肌、肱三头肌之间，就是这个关系。肱二头肌收缩时，肱三头肌自然就舒张开来，反之亦然。

　　这种设计，除了延长肌肉的使用寿命之外，还让这个机械臂的关节旋转范围达到了90度。

　　下一步

　　这个机械指目前堪称简陋，寿命也就一周，但是在它背后，是制造机器人的一种可行新方法，几位科学家的目标也当然不止于此。

　　他们接下来，不仅要优化关节结构、延长这种机器人的寿命，也想继续拓展的它的能力。

　　作者之一、东京大学工程师Takeuchi在接受《国家地理》杂志采访时说：“如果我们能在一台设备中加入更多这样的肌肉，我们就能复制出复杂的肌肉运动，构建像手、胳膊或者人体其他部分一样的机器。”

　　One More Thing

　　关于为机器人创造“肌肉”这件事，科学家们一直在努力。

　　例如今年初，科罗拉多大学的学者们宣布正在研发和人类肌肉一样，具有自愈能力的人造肌肉。而且造价只需10美分。

　　这种机器肌肉学名是：液压放大自愈式静电致动器（HASEL）。这个技术未来有望简化庞大的金属机器人，并让他们能更好的模仿人类动作。

　　这个人造肌肉是由植物油、水凝胶电极填充的小袋构成。通电之后，电极周围的油会产生收缩，而断电之后，机器肌肉会放松下来。

　　整个收缩过程在毫秒内完成，丝毫不虚人类肌肉。

　　这项研究，也发表在Science和Science Robotics上。

　　去年底，哈佛和MIT携手合作，也开发了一个强大又廉价的人造肌肉。这个看起来软趴趴的东西，能提起比自身重1000倍的物体。

　　原理嘛，据说是受到折纸的启发。

　　这项研究发表在PNAS上，感兴趣的话，可以前往观摩学习。　

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