【儀表儀表網(wǎng) 儀表下游】Biophysical Journal以亮點(diǎn)論文的形式發(fā)表了沈陽(yáng)自動(dòng)化所在類生命機(jī)器人領(lǐng)域取得的新成果。
 

近日，學(xué)術(shù)雜志Biophysical Journal(中科院二區(qū)Top類期刊)以亮點(diǎn)論文的形式發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所微納米課題組在類生命機(jī)器人領(lǐng)域取得的新成果(Dynamic Model for Characterizing Contractile Behaviors and Mechanical Properties of a Cardiomyocyte, Biophysical Journal, Vol.114(1), pp.188-200, 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.bpj.2017.11.002, http:///biophysj/home)。
 

　　Biophysical Journal每期選出具有重要原創(chuàng)性成果的學(xué)術(shù)論文，刊登于當(dāng)期網(wǎng)站首頁(yè)作為亮點(diǎn)成果進(jìn)行推薦。這是繼Small，Lab on a Chip，Soft Matter，Biophysical Journal，IEEE Transactions on Nanobioscience等封面論文和IEEE Transactions on Biomedical Engineering等亮點(diǎn)論文之后，沈陽(yáng)自動(dòng)化所微納米課題組科研成果再次獲得期刊特別報(bào)道，表明了沈陽(yáng)自動(dòng)化所在機(jī)器人領(lǐng)域不斷取得新進(jìn)步，創(chuàng)新能力及國(guó)內(nèi)外影響力穩(wěn)步提升。
 

　　類生命機(jī)器人是近十年來(lái)機(jī)器人領(lǐng)域新興的前沿研究方向，核心是將離體生命單元與傳統(tǒng)的機(jī)電結(jié)構(gòu)在分子、細(xì)胞和組織尺度上進(jìn)行深度有機(jī)的物理和信息融合，形成一種新型的基于生命功能機(jī)制的機(jī)器人系統(tǒng)，從而使機(jī)器人能夠兼具生命系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和傳統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，如生物體的高能量轉(zhuǎn)換效率、本質(zhì)安全性，以及機(jī)電系統(tǒng)的高強(qiáng)度、高重復(fù)性等特點(diǎn)。
 

　　類生命機(jī)器人有望解決和克服目前制約機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)瓶頸和挑戰(zhàn)，如能源轉(zhuǎn)化率低、缺乏本質(zhì)安全和柔順驅(qū)動(dòng)控制、作業(yè)靈活性差等問(wèn)題，因此吸引了上科學(xué)家的研究興趣，成為目前機(jī)器人研究的新熱點(diǎn)。近些年來(lái)，類生命機(jī)器人研究已經(jīng)取得了顯著的成果，但是仍聚焦于基于細(xì)胞和組織的生物驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上，在控制上也主要是基于光和電的簡(jiǎn)單速度和方向控制上。由于缺乏對(duì)基于細(xì)胞生物驅(qū)動(dòng)的模型理論研究，使得類生命機(jī)器人面臨運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)力學(xué)匹配等關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)挑戰(zhàn)。
 

　　沈陽(yáng)自動(dòng)化所微納米課題組針對(duì)上述問(wèn)題提出了一種基于肌細(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)胞機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型，描述肌細(xì)胞跳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)行為。Biophysical Journal特別報(bào)道圖片為本研究示意圖：以彈簧、變阻尼和電動(dòng)機(jī)等機(jī)電部件模擬心肌細(xì)胞的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而獲得單個(gè)心肌細(xì)胞的機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，利用掃描離子電導(dǎo)顯微鏡獲取細(xì)胞跳動(dòng)曲線，進(jìn)而根據(jù)所測(cè)得的細(xì)胞動(dòng)態(tài)曲線辨識(shí)出細(xì)胞理論機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型系統(tǒng)的參數(shù)，從而獲得單個(gè)活體細(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的多維物理機(jī)電特性(細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)的粘性、彈性、質(zhì)量和動(dòng)作電位)。
 

　　由于掃描離子電導(dǎo)顯微鏡具有對(duì)生物樣本無(wú)損檢測(cè)的特性，同時(shí)采用基于活體肌細(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的建模方法，可實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的多維多模態(tài)物理特性(粘性、彈性、質(zhì)量、動(dòng)作電位)的原位無(wú)損同步獲取，為以肌細(xì)胞為驅(qū)動(dòng)單元的類生命機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)匹配及控制技術(shù)方法研究奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
 

　　沈陽(yáng)自動(dòng)所微納米課題組專注于信息科學(xué)、微納米技術(shù)、生物技術(shù)與機(jī)電系統(tǒng)的融合，期望利用物理和生物原理融合的研究思想，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人感知、驅(qū)動(dòng)、智能和控制等性能的提升。圍繞上述思想，課題組先后在Nature Communications，Small，ACS Applied Materials & Interfaces，Lab on a Chip，Nanoscale，IEEE Trans系列匯刊等期刊發(fā)表系列論文，研究布局逐步系統(tǒng)化、體系化，為未來(lái)取得更好的成果奠定了工作基礎(chǔ)。
 

　　本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
 

　　(原標(biāo)題：沈自所微納米組成果獲期刊Biophysical Journal亮點(diǎn)論文發(fā)表)