人造肌肉纤维可用作细胞支架，有望开发人体活动系统3D模型

气动驱动纤维形机器人工作原理示意图。图片来源：《仿生学》

在两项新的研究中，美国北卡罗来纳州立大学的研究人员设计并测试了一系列可以改变形状并像肌肉一样产生力量的纺织纤维。

在新一期《执行器》期刊上发表的一项研究中，研究人员重点研究了这种材料对人造肌肉力量和收缩长度的影响。这些发现可以帮助研究人员为不同的应用量身定做纤维。

在发表于《仿生学》上的另一项概念验证研究中，研究人员测试了该纤维作为活细胞支架的情况。研究发现，这种纤维（被称为纤维机器人）可被用来开发人体活动系统的3D模型。

研究人员用类似橡胶的材料制成了气球状管子，并将其封装在纺织护套中，从而制造出了可变形的纤维。用气泵给气球内部充气会使护套膨胀，导致它变短。他们测量了由不同材料制成的纤维的受力和收缩率，以了解材料和性能之间的关系。结果发现，更结实、直径更大的纱线会产生更强的收缩力，用于制作气球的材料也会影响收缩的幅度和力度。

研究人员表示，他们可根据设备所需的性能来定制材料特性。如果将这种设备做得足够小，就有可能将其用于织物成型和其他纺织应用，包括可穿戴设备和辅助设备。

在一项后续研究中，研究人员评估了是否可将形状改变的纤维用作成纤维细胞的支架。成纤维细胞是结缔组织中的一种细胞类型，有助于支持其他组织或器官。

他们研究了细胞对变形纤维运动的反应，以及对纤维结构中使用的不同材料的反应。结果发现，这些细胞能够覆盖甚至穿透纤维机器人的编织鞘。在这项研究的3D动态培养中，细胞可存活长达72小时。

研究人员表示，纤维机器人非常适合作细胞的支架，其能改变频率和收缩率，为细胞创造更合适的环境。研究最终的目标是将这些纤维作为干细胞的支架，或者在未来的研究中使用它们来开发人造器官。

新型材料是承载各种高端功能的载体，各领域前沿科技的发展越来越离不开材料科技的支撑。拿人造肌肉纤维来说，这种材料在柔性电子领域大有用武之地。如果用人造肌肉纤维作为服务机器人的制造材料，那么机器人将不再那么生硬冰冷，而变得更加“温柔可亲”。不仅如此，将其用于可穿戴领域，消费者也可以享受到更多与人体皮肤更加贴合，使用起来无痕、无感的电子产品。这些，都要感谢材料科技的进步。