力学有助于设计更好的活体机器人

工程生命系统是一门新兴学科其中功能性生物混合机器人(或“生物机器人”)是通过将活细胞与工程支架整合而成的。受胚胎心脏的启发，我们早些时候展示了第一个生物杂交无阀泵机器人的例子，一个阻抗泵，能够通过工程活肌肉组织输送液体。泵由两端连接刚性边界的软管和在偏离中心位置循环挤压管的肌环组成。循环收缩导致净流量通过管道。我们观察到，肌肉力量偶尔会以随机的方式使管子弯曲，即类似的肌肉不会始终如一地使管子弯曲。为了解释这种异常现象，我们开发了一个分析模型来预测圆形弹性管在受到肌肉环(如橡皮筋)的均匀挤压力时的变形和稳定性。通过与试验和有限元分析的对比，验证了模型的预测结果。非线性模型表明，无论肌肉力如何，圆形弹性管都不会发生屈曲。在施加肌肉环之前，通过弯曲和折叠管子可以达到并维持屈曲状态。这种缺陷可能出现在泵的装配过程中，也可能出现在肌环厚度不均匀的情况下。这个模型解释了泵的水凝胶管不一致屈曲的明显异常实验观察。该分析将指导设计更复杂、高性能的生物混合泵机器人和其他生物机器通过利用结构屈曲来获得更高的净流量。

这项工作是S最近在j:。动力机械。这是链接：李正伟，M Taher A Saif，生物混合无阀泵机器人的机理研究j:。动力机械。,2021.

泵-bot的工作之前发表在PNAS上，链接是:李正伟等，“由工程骨骼肌驱动的生物混合无阀泵机器人”。PNAS116.5(2019): 1543-1548。