牛津大学团队采用先进机器人技术，推动「人造肌腱」实际应用( 二 )

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图.肌腱组织的分层结构

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图.肌腱组织中的信号传导方式
传统生物反应器由大多由步进电机进行驱动，且造价昂贵（25,000美元~50,000美元）。
虽然一些技术人员通过改进来小幅降低了其成本，但还是无法解决其单自由度输出的问题，造成其应用场合受限的问题。
在肌腱组织工程中，除了上诉所提到传统生物反应器输出性能单一，无法准确模拟人体肌肉的真实工况，肌腱组织还面临不同解剖位置具备不同的肌腱的力学响应的问题。
因此人造肌腱的设计需要多种激励源来模拟人体肌肉，从而来对人造的肌腱来进行设计，为其落地提供实验指导。

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图.传统单自由度肌腱测试生物反应器
▍类人骨骼机器人
类人骨骼机器人因为具备和人具有相似的身体比例、骨骼结构、肌肉组织结构和关节结构，其设计之初常用于用于车辆的碰撞测试、生物医学假肢适用性研究等应用。
因此，研究团队利用类人骨骼机器人被提出作为新型生物反应器，从而可以很好模拟人体肌肉的多种激励，以更好协助研究人员设计人造肌腱。

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图.适用于肌腱组织工程的先进机器人技术
那这种新型生物反应器具体是怎么样的呢？
【牛津大学团队采用先进机器人技术，推动「人造肌腱」实际应用】据研究人员描述，类人骨骼机器人使用驱动器模块来模仿人类神经肌肉组织。机器人所采用的驱动器模块包括三大部分：一是可以产生张力的无刷直流电机，二是用来模仿肌腱单元的人造肌丝，以及相当于人体神经系统的传感器集成模块。
该传感器集成模块可以对人造肌腱的张力、压力、肌肉长度，温度等参数进行传感，可以说这种类人骨骼机器人可以很好模仿人体的真实工况。
由于这种先进的机器人技术可以为人造肌腱提供多种激励，研究人员表示已经当前将这项技术已被应用于猪的平滑肌组织当中，以初步验证人造肌腱的可行性。

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图.组织工程中的生物混合软体机器人驱动器
当前，与生物结合的软体机器人技术主要用于开发具有仿生学和柔顺性的软体机器人。诸如肌腱组织工程的复杂应用环境里，可以通过采用先进机器人技术来设计相关应用并使其成功落地。
同时，由于当前的软体机器人技术可以有多种激励源，如温度热驱动、气体驱动和液压以及光驱动，大大拓展了软体机器人应用场合。
同时，由于自身特性软体机器人主要由水凝胶、橡胶和人体肌肉骨骼组织等软体物质构成。因此，这些材料用来搭建肌腱组织十分合适，其自身的软体材料不但可以模拟人体肌腱，而且它们而且还能输出多自由度运动，可以说软体机器人中使用的几种技术与当代肌腱组织工程实践相吻合。
▍未来展望
“越来越多的研究团队表示可以将先进的机器人技术与活细胞和组织一起用于生物工程和组织工程应用。我们现在处于一个激动人心的阶段，我们可以探索将这些技术融入组织工程的各种可能性。 ”牛津大学研究人员PierreAlexisMouthuy表示。
但这项新的肌腱工程需要还面临许多挑战。