具有可定制属性的结实、柔韧的胶原蛋白线可以在新一代软机器人中发挥作用。学分:卡内基梅隆大学工程学院将真实的肌肉或神经元整合到机器人系统中的想法听起来可能像科幻小说，但卡内基梅隆大学机械工程系的研究人员正在采取措施将其变为现实。这个领域被称为生物混合机器人学，是由机械工程助理教授维多利亚·韦伯斯特-伍德领导的生物混合和有机机器人学小组的中心焦点。
“我们的最终目标是能够在机器人技术中使用生物材料作为工程材料，创造可再生、可生物降解的机器人，”她说。
在《生物医学工程杂志》上发表的一篇论文中，博士生桓温·孙旨在更好地理解如何制造用于这些特殊机器人的材料丝。丝线由胶原蛋白制成，胶原蛋白是一种天然存在的蛋白质，存在于皮肤、韧带和肌腱等结构组织中。
本质上，这项研究的目标是更好地理解如何制造一个用于机器人的人工肌腱。在我们的身体里，肌腱起到连接肌肉和骨骼的作用，并且相当强壮。这意味着这些胶原蛋白线可以在机器人中用于非常相似的目的，将活体肌肉执行器连接到机器人上，帮助它行走、跳跃或游泳。
但是机器人材料的机械特性会对活体肌肉执行器的生长和性能产生很大影响。
这意味着孙不仅要了解如何最好地制造这些胶原蛋白线，还要探索如何调整它们的机械性能。根据你希望你的机器人做什么，你可能需要一种更像肌肉或者更像肌腱的材料。
孙的线是用一种叫做电接触的技术制作的。它最早是为组织工程而开发的，现在正由英国组织研究小组进行微调
为了制造线，胶原纤维被移动通过一种特殊类型的细胞，称为电压缩细胞，这要归功于它们天然携带的电荷。纤维最终会在这个过程中紧密结合在一起，形成电化学排列的胶原蛋白(ELAC)线。
为了使整个制造过程多样化，孙想研究一下你能在多大程度上调整这个压实过程来制造不同的线。组织工程学之前的工作主要集中在制造最坚固、最像肌腱的线。生物混合机器人需要更多的细微差别和技巧。
当第一次压实时，螺纹出奇地脆，而且很难加工——还不像天然肌腱那样结实。孙讲述了试图将受影响的线程放入容器的困难。“因为塑料容器周围有静电，线想紧贴或粘在墙壁的任何一侧。这让事情变得非常困难，”他解释道。
尽管这些线可能相当长——孙创造了一条长达40厘米(约15英寸)的线——但它们非常细。宽度从大约50到100微米不等——大约是人类头发的宽度。
随着时间和实践，他能够进行一系列实验，确定一组制造参数如何影响最终的螺纹。他还研究了这些参数之间的内在联系，并能够获得广泛的可调特性。
尽管结果在某种程度上是意料之中的——例如，花更多的时间让线变得紧凑会导致更强、更大的线——但这项研究是该团队假设的第一个可验证的证据，并将帮助未来的研究人员为他们自己的工作设计和选择电压缩胶原材料。孙还能够训练一个深度神经网络，以便根据特定研究人员可能想要的机械性能来推荐特定的制造参数。
在接下来的步骤中，Sun的目标是将这些线送入3D打印机，这样它们就可以用来创建不同的形状和结构。他目前正与生物医学工程和材料科学与工程教授亚当·菲因伯格(Adam Fe inberg)合作，正是为了做到这一点。紧实胶原蛋白线的强度意味着它们可以用于比柔软、柔软、基于肌肉的印刷品更广泛的应用，并且很可能帮助新一代生物混合机器人真正起步。
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