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沈阳自动化所类生命机器人研究获进展

更新时间:2021-05-22
本文摘要:类生命机器人是近十年来机器人领域新兴的前沿研究方向,核心是将离体生命单元与传统的机电结构在分子、细胞和的组织尺度上展开深度有机的物理和信息融合,构成一种新型的基于生命功能机制的机器人系统,从而使机器人需要兼备生命系统的优势和传统机电系统的优点,如生物体的高能量切换效率、本质安全性,以及机电系统的高强度、低重复性等。

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类生命机器人是近十年来机器人领域新兴的前沿研究方向,核心是将离体生命单元与传统的机电结构在分子、细胞和的组织尺度上展开深度有机的物理和信息融合,构成一种新型的基于生命功能机制的机器人系统,从而使机器人需要兼备生命系统的优势和传统机电系统的优点,如生物体的高能量切换效率、本质安全性,以及机电系统的高强度、低重复性等。类生命机器人未来将会解决问题和解决目前制约机器人发展的技术瓶颈和挑战,如能源转化率较低、缺少本质安全性和柔弱驱动掌控、作业灵活性劣等问题。近年来,世界范围内涉及研究大多是基于细胞和的组织的生物驱动构建,基于光和电的非常简单速度和方向掌控。由于缺少对基于细胞生物驱动的模型理论研究,类生命机器人面对运动控制、动力学给定等关键问题和技术挑战。

近日,中国科学院沈阳自动化研究所微纳米课题组针对上述问题明确提出了一种基于肌细胞亚细胞结构的细胞机械动力学模型,叙述肌细胞跳动的动力学不道德。研究以弹簧、逆阻尼和电动机等机电部件仿真心肌细胞的亚细胞结构,取得单个心肌细胞的机械动力学模型。在实验检验中,利用扫瞄离子电导显微镜提供细胞跳动曲线,根据所测出的细胞动态曲线识别出有细胞理论机械动力学模型系统的参数,取得单个活体细胞亚细胞结构的多维物理机电特性(细胞亚结构的粘性、弹性、质量和动作电位)。

由于扫瞄离子电导显微镜具备对生物样本可用检测的特性,同时使用基于活体肌细胞亚细胞结构的建模方法,可实现单细胞亚细胞结构的多维多模态物理特性(粘性、弹性、质量、动作电位)的原位可用实时提供。该研究以肌细胞为驱动单元的类生命机器人的动力学给定及控制技术方法研究奠下了理论和技术基础。涉及研究成果公开发表在BiophysicalJournal上,并被作为亮点成果加以引荐展出。

该研究获得了国家自然科学基金委、中科院、机器人学国家重点实验室等的资助。


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