得益于科學(xué)家對人類身體的研究，機(jī)器文明又取得了一項進(jìn)步。

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利用對人類脊髓的研究成果，伊利諾伊大學(xué)香檳分校研究人員使用 3D 打印技術(shù)制造出柔軟骨架上，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了由肌肉和脊髓組織提供動力的小型步行機(jī)器人 "spinobots"。該校細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授、研究帶頭人 Martha Gillette 說，雖然過去已經(jīng)有生物機(jī)器人可以通過簡單的肌肉收縮來前進(jìn)，但脊髓的增加讓它們有了更自然的行走節(jié)奏。

Gillette 說：" 這些都是朝著交互式生物設(shè)備方向前進(jìn)的開始，同時這些生物設(shè)備也可用于神經(jīng)計算和恢復(fù)醫(yī)學(xué)。"。

研究以 Emergence of functional neuromuscular junctions in an engineered, multicellular spinal cord-muscle bioactuator ( 一種工程化多細(xì)胞脊髓肌肉生物激勵器中功能性神經(jīng)肌肉連接的發(fā)現(xiàn) ) 為題，發(fā)表在了《APL 生物工程》雜志上。

他們假設(shè)，一個完整的大鼠腰脊髓段可以與工程化的 3D 肌肉組織形成功能性神經(jīng)肌肉連接，模擬周圍神經(jīng)系統(tǒng)的部分發(fā)育。

為了制造 spinobots，研究人員首先用 3D 打印出聚乙二醇骨架：2 個充作腿的柱狀結(jié)構(gòu)和 1 條靈活的 " 脊梁 "，直徑只以毫米計。然后，他們用肌肉細(xì)胞將其植入其中，待其生長成肌肉組織。最后，他們?yōu)槠涮砑恿藖碜源笫蟮难导顾琛?/p>

論文第一作者 Collin Kaufman 說：" 我們特別選擇了腰椎脊髓，因為之前的研究已經(jīng)證明，它包含了控制行走過程中下肢左右交替的神經(jīng)回路。從工程的角度來看，神經(jīng)元是驅(qū)動更復(fù)雜、更協(xié)調(diào)的肌肉運(yùn)動所必需的。神經(jīng)支配最具挑戰(zhàn)性的障礙是，以前從來沒有人培養(yǎng)過完整的嚙齒動物脊髓。"

實驗結(jié)果驗證了他們的假設(shè)，在脊髓被引入肌肉組織的 7 天內(nèi)，就形成了功能性神經(jīng)肌肉連接，從而在體外形成了早期周圍神經(jīng)系統(tǒng)。新神經(jīng)支配的肌肉表現(xiàn)出自發(fā)的收縮，可以通過骨骼腿部的位移來測量。在化學(xué)刺激下，脊髓肌肉系統(tǒng)以一致的頻率模式開始肌肉抽搐。

總的來說，試驗數(shù)據(jù)表明，大鼠脊髓能夠在離體之后與工程肌肉組織形成功能性神經(jīng)肌肉連接。

下一步，研究人員計劃進(jìn)一步完善自旋機(jī)器人的動作，使它們的步態(tài)更自然。研究人員希望這種小范圍的脊髓整合是建立外周神經(jīng)系統(tǒng)體外模型的第一步，這在活體病人或動物模型中是很難研究的。

Kaufman 說：" 體外培養(yǎng)的外周神經(jīng)系統(tǒng)——脊髓、神經(jīng)生長和神經(jīng)支配肌肉——的發(fā)展，可以讓研究人員更容易接觸到所有受影響的成分，實時研究 ALS 等神經(jīng)退行性疾病。" 這項技術(shù)也有多種方法可以用作手術(shù)訓(xùn)練工具，從充當(dāng)由真實生物組織制成的練習(xí)假人到實際幫助完成手術(shù)本身。目前，這些應(yīng)用還處于相當(dāng)遙遠(yuǎn)的將來，但包含完整的脊髓電路是向前邁出的重要一步。"

當(dāng)前文章：機(jī)器人更像“人”了！科學(xué)家創(chuàng)造出有脊髓和神經(jīng)的生物機(jī)器人
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