據物理學家組織網8月31日（北京時間）報道，美國麻省理工學院和賓夕法尼亞大學的科學家通過基因改造，設計出了能在激光脈沖照射下收縮的肌肉細胞。這種光敏組織可被用于構建關節(jié)型仿生機器人，使其在移動時也能具備和人類一樣的力量和靈活性。相關研究論文發(fā)表在《芯片實驗室》雜志上。

研究人員基于骨骼肌進行了實驗，因為其比心肌或平滑肌都要強勁有力，在人類跑步、走路或進行其他物理運動時會被用到。自然情況下，神經元會發(fā)射電子脈沖以刺激肌肉，從而引發(fā)肌肉收縮。在實驗室中，科學家通常會使用帶有微弱電流的電極作為肌肉纖維的刺激源。這種技術雖然有效，但很笨重，而且電極所需的電力也會使機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，希望骨骼肌細胞也能在激光的刺激下發(fā)生抽動。研究人員首先對成肌細胞進行了基因改造，使其能夠表達出光激蛋白。隨后將成肌細胞融進了較長的肌肉纖維，并用20毫秒的藍光脈沖對其進行照射。結果顯示，當大量的激光束照射在纖維束上時，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，并利用激光對這些組織進行刺激測試。研究人員發(fā)現，三維肌肉也會按同樣的方式進行彎曲和收縮，因此利用小型的微機械芯片對肌肉組織的力量進行了測量。這種芯片內包含多個“井”，每個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紙片上，隨后用激光刺激它們。當肌肉收縮時，其也將帶動紙片向內彎曲；由于每張紙片的硬度已知，他們能通過其彎曲的角度計算出肌肉的力量大小。

研究人員表示，這是首個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。這種技術也可為制造高度靈活的仿生機器人奠定基礎，其可在1毫米范圍內提供10度的自由度，在醫(yī)療設備、藥物篩選、導航和移動系統等方面能得到廣泛應用。相關裝置還可作為肌肉訓練中心，以增強肌肉組織的力度和韌度，這對因臥床不起缺乏鍛煉而導致肌肉張力下降的病患而言絕對是個福音。

總編輯圈點

傳統仿生學通過機械裝置實現對自然生物的模仿，但馬達、機軸、齒輪等太過復雜笨重，因此對有“生物馬達”之稱的肌肉組織進行仿生成為研究熱點。本研究則更進一步，這種被稱為“生物綜合設計”的仿生學新理念除了參考自然生物進行設計，還直接使用了真正的肌肉組織，不但融合了生物組織的優(yōu)點并跳過仿生肌肉階段，將目標專注于尋找新的理論和方法來實現輕量、低耗的肌肉組織控制系統，同時也模糊了自然物和機械裝置的界限。