史上最大的“人肉机械臂”，会疲劳，要“进化”还得锻炼和大补特补!

这是一只实实在在的“半机械”手臂，会老化、会疲乏，锻炼和补充营养能让其“活得更久”？

站长之家(ChinaZ.com) 3月17日 消息:虽然我们很擅长让非生物部件正常工作，但一直以来，在让有机成分保持活性和良好状态方面，我们却总是力不从心。最近，日本东京大学的竹内教授领导的研究团队制造出了一个18cm长的“生物混合类（biohybrid）机械臂”，其五根手指均由实验室培育的人类肌肉驱动 —— 这是迄今为止最 大的“人肉机械臂”。

在所有阻碍我们制造大规模生物混合机器人的障碍中，“坏死”可能是最难克服的。因此，竹内和他的团队必须找到解决坏死问题的方法。他们的解决方案是 “寿司卷” 法。

竹内和他的团队首先在培养皿上并排培育出薄而扁平的肌肉纤维 —— 这使得所有细胞都能获取营养和氧气，所以培育出的肌肉健壮且健康。培育完成后，便把它们卷成被称为 MuMuTAs（多肌肉组织致动器）的管状结构，就像他们在制作寿司卷一样。竹内解释说：“MuMuTAs 是通过培养薄肌肉片并将它们卷成圆柱状束来创建的，这样可以在保持氧气扩散的同时优化收缩力。”

通过连接在 MuMuTAs 两端的电极传递电信号，就能触发其运动。这些 “肌肉寿司卷” 可以弯曲或旋转 —— 具体动作取决于哪些纤维收缩，而它们的收缩力则是通过调节施加的电压来控制。

在单个 MuMuTAs 能够正常工作之后，他们便用五个 MuMuTAs 来驱动机械臂的多关节手指。

这只悬浮在液体培养基中的机械臂是用塑料 3D 打印而成的。这只“手臂”的每根手指都有三个关节，由连接到每一个 MuMuTA 的线缆驱动，MuMuTAs 被安装在玻璃容器中，以限制电场的扩散，从而使每个 MuMuTA 都能单独被驱动。它们的后端固定在塑料结构上，前端通过线缆连接来驱动手指。

通过有选择地收缩 MuMuTAs，这只手可以做出各种手势，比如剪刀石头布游戏中的手势，或者操作像移液器这样的物体。之所以能够实现这一切的关键在于，与典型的实验室培育肌肉系统相比，MuMuTAs 更加强壮，每个 MuMuTA 能产生 8 毫牛的收缩力，这足以提起一个小回形针。最重要的是，竹内的 “寿司卷” 创意延长了肌肉的寿命 —— MuMuTAs 在使用后可以展开，为细胞提供氧气和营养。

不过，他们也遇到了一些“限制”。

其一，手指只能在一个方向上驱动 —— 驱动手指的肌肉会对电信号做出收缩反应，但它们只能依靠材料的浮力恢复到原来的位置。竹内提出，解决这个问题的一个办法是在关节处使用弹性材料，这将使手指更快地回弹。他提到的另一个办法是再增加五个对抗性的 MuMuTAs，以实现双向运动 —— 这也是真正的人类手部所采用的解决方案。

其二，没有液体悬浮环境，MuMuTAs 以及由它们驱动的整只手都无法工作。对此，竹内说：“为了过渡到干燥环境，未来的发展将需要纳入人工营养输送系统和保护性支架，以维持组织在液体培养基外的活力。”

但在机器人中使用生物肌肉最明显的问题或许仍未解决：在做出各种手势并操作物体大约 10 分钟后，这只生物混合机械手就会疲劳。

在测试肌肉对更高电压会产生多大的力时，竹内的团队注意到 MuMuTAs 出现了疲劳迹象。当大力测试 MuMuTAs 时，他们发现经过几次测试后，肌肉能够产生的收缩力下降了。不过，当其在培养基中休息约一个小时后，又恢复了正常。即使工作强度远不及在实际人体中工作的强度，这种情况还是发生了。所以，总体来说，在培养皿中培育的肌肉相当脆弱。

竹内团队在实验室培育的肌肉中实现了每平方毫米 0.7 毫牛的单位面积收缩力，与其他实验室培育的肌肉相比，这个数值还算不错。但是，与每平方毫米约 6 毫牛力的活体肌肉相比，则显得相当无力。竹内认为，解决办法可能是我们人类也经常采用的方法 —— 锻炼。

竹内建议：“就像天然肌肉一样，人工培育的肌肉可能会从锻炼中受益，随着时间的推移，反复收缩可以增强耐力和收缩力。” 不过，竹内的团队在论文中提出的另一个解决方案是：使用化学生长因子。简单来说就是，我们也可以让它们 “大补特补”。