生物混合设计:如何构建生物机器人

发布时间: 2020-09-08 17:43:24 来源:

我是机械工程师。通常,您将机械工程师视为制造使用金属,陶瓷或塑料等材料的机器或设备的人。我实质上是在工具箱中添加了另一组材料,并思考我们是否可以开始使用生物材料(例如活细胞)来构建机器。

因此,我建造的一个生物机器的例子是一个机器人,它利用骨骼肌活着走动。包含生物材料的机器可以做很多有趣的事情。

当您跌倒并割伤皮肤时,您就会he愈。当您运动时,您会变得更强壮。事实证明,这些机器人可以做同样的事情。当他们运动时,他们可以变得更强壮,也可以从损伤中恢复健康。

您将这些生物混合机用于什么用途?

我们试图实现的许多目标只是发现生物材料建筑的设计规则和原理。例如,制造汽车是一种复杂的机制,但是在大多数情况下,训练有素的机械工程师可以完成全部或部分工作。

他们知道钢梁的这种刚度大约会承受这么大的力,或者他们以此方式构造的电动机将产生这么多的能量并消耗那么多的能量。我们拥有所有这些数字,而制定这些设计规则和原则花了我们数千年的时间。

因此,我在最初的工作中要做的很多事情是确定使用生物材料构建的规则和原则。我的重点是考虑是否可以将机器人制造为可植入的设备,从而将生物材料与人体融合在一起。

这样,他们就可以做出反应,例如感知单个系统中发生的事情,以应对某种疾病,并像生物材料一样适应环境。

生物机器相对于金属和塑料制成的机器(通过人工智能可以从环境中学习)有什么好处?

您知道,我认为有很多地方可以使用多种不同的材料进行创新。例如,在某些地方,特别是在人体内部,存在使用生物材料的强烈理由,因为它们被设计为在那种环境中发挥最佳作用。这些材料是柔软的,它们在37°C的人类环境中确实能很好地发挥作用,并在该特定环境的相同pH下运行。

它们还具有合成材料所没有的所有这些自适应功能。当然,我们在合成材料方面已经走了一些路。有些复合材料如果您将其刮擦,可能可以密封这种刮擦。但是它从来没有像以前那么强大。而且,如果您反复刮擦相同的斑点,它会变得越来越糟,这不会在您的皮肤上发生。

五岁时,您可能跌倒并伤了膝盖。如果您现在再次进行此操作,可能会花费更长的时间,因为我们都已经老了一点,但是它仍然可以治愈,并且可以使皮肤恢复到原始状态,这并不一定在某些种类的材料中做。

而同样与AI [人工智能],我们能够开发能够处理很多不同的信号机,计算相当复杂的反应方面取得的进展吨,甚至学习或适应。

但是,在处理所有不同类型的信号以及做出复杂的决策或功能行为方面,我们与人脑(或一般而言,大脑)仍然相距甚远。因此,我认为有一个[用于生物混合动力机器的地方]。

我的兴趣在于植入式设备。我可以在安全的体内放入什么东西,使其能够适应其环境,并以某种方式进行工程设计以产生预测性的功能响应?我仍然认为,有充分的理由认为生物材料是您的最佳选择。

您在这些机器中使用哪种生物材料?它像您在人体中发现的那样是活组织吗?

有点类似。因此,让我们以步行机器人为例。当我们试图使骨骼肌充当使机器人行走的促动器时,我们设计了几乎像橡皮筋的东西。

因此,我们使用这种模具或3D打印机,并对细胞和模仿其自然环境的不同蛋白质的混合物进行图案化,使其形成这种环形形状。那时的样子就像如果您曾经制作过任何以明胶为基础的甜点或果冻[jelly],在将其胶凝之前,是正确的。就像这种粘糊糊的混合物。

您可以将其图案化为一堆不同的形状,然后进行设置。这些组织也会发生同样的事情。它们基本上设置成这种环形形状。

然后,由于细胞还活着,因此当它们经历此过程时,它们正在感知并响应其环境。让我们看看骨骼肌在我们体内的运作方式。有单个细胞融合在一起形成这些长纤维或肌纤维。肌肉纤维就是力量和运动的源泉。

当我们将一堆平行堆放时,例如在我们的腿或手臂中,我们会产生很大的力。因此,我们可以对这些组织做同样的事情。发生的是细胞增殖。他们繁殖。它们在这种环状结构中相互接触,并在该结构中融合形成纤维。

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