此前,大多数人听到“机器人”一词,便会想起金属人形机器人。不过现在,科学家们开始在章鱼、海参、鱿鱼和毛毛虫等生物中寻找创作灵感,以此来创造“软机器人”。
说到软体机器人,没有水凝胶是不行的。水凝胶是制作软体机器人的常用材料。水凝胶是什么东西呢?它是以水为分散介质的凝胶,是一种高分子网络体系,性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水。
最近,软体机器人研究又有新突破,新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)和卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的科学家合作,搞出一种水凝胶,惊人的是,它能长成像动物或植物组织一样的结构和形状。未来如果应用,那医疗界和软体机器人将成为受益者。
新型水凝胶中的组织在自然生长时,不同的部位生长速度不一样,可想而知,长出来的形状就会十分复杂了。科学家在做实验时,控制了氧气的浓度,这是因为如果浓度高的话,会抑制化学物质之间的交互,从而抑制生长。
那么这种新型水凝胶能干什么呢?来说说它在医学领域的潜在价值。
我们都知道,人身体的各个器官和组织都长得各有特点,它们长的奇怪是有原因的,这样才能更好的为我们的身体工作。比如说,人体小肠上有很多长着绒毛的微小褶皱,它们能帮助人体吸收养分。
但是一些患者由于疾病不得不切掉一部分小肠,这样的话小肠吸收营养的功能就会大打折扣,患者术后也会饱受营养不良的折磨。这时候,新型水凝胶就派上用场了,科学家称它可以用于复制小肠的褶皱,从而增加褶皱面积,增强小肠吸收营养的能力。
除此之外,它还将用于组织修复,替换受损的生物组织,比如用于膝盖修复和人工肝移植。用水凝胶制作的软体机器人发展前景可观,未来会有更多先进的软体机器人用于医疗领域。比如制作人造器官和先进假肢。
其实,科学家们很早之前就已经开始研究水凝胶了,还取得了可观的效果。比如美国约翰·霍普金斯大学医学院报告称,他们开发出一种新型水凝胶生物材料,在软骨修复手术中将其注入骨骼小洞,能帮助刺激病人骨髓产生干细胞,长出新的软骨。在临床试验中,新生软骨覆盖率达到 86%,术后疼痛也大大减轻。
加拿大最新的研究显示,水凝胶不仅有利于干细胞(Stem cell)移植,也可加速眼睛与神经损伤的修复。研究团队指出,像果冻般的水凝胶是干细胞移植的理想介质,可以帮助干细胞在体内存活,修复损伤组织。
而且目前,科学家已经可以制造出人造肌肉,还能 3D 打印心脏,但是现有的水凝胶还不能很好的模仿生物组织的生长模式以及柔软的肌肉组织与刚硬的骨骼之间的互动模式,而新研发的水凝胶有望改变局面。