近日，學術雜志Biophysical Journal(中科院二區Top類期刊)以亮點論文的形式發表了中國科學院沈陽自動化研究所微納米課題組在類生命機器人領域取得的新成果(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性成果的學術論文，刊登于當期網站首頁作為亮點成果進行推薦。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等亮點論文之后，沈陽自動化所微納米課題組科研成果再次獲得期刊特別報道，表明了沈陽自動化所在機器人領域不斷取得新進步，創新能力及國內外影響力穩步提升。
類生命機器人是近十年來機器人領域新興的前沿研究方向，核心是將離體生命單元與傳統的機電結構在分子、細胞和組織尺度上進行深度有機的物理和信息融合，形成一種新型的基于生命功能機制的機器人系統，從而使機器人能夠兼具生命系統的優勢和傳統機電系統的優點，如生物體的高能量轉換效率、本質安全性，以及機電系統的高強度、高重復性等特點。
類生命機器人有望解決和克服目前制約機器人發展的技術瓶頸和挑戰，如能源轉化率低、缺乏本質安全和柔順驅動控制、作業靈活性差等問題，因此吸引了上科學家的研究興趣，成為目前機器人研究的新熱點。近些年來，類生命機器人研究已經取得了顯著的成果，但是仍聚焦于基于細胞和組織的生物驅動實現上，在控制上也主要是基于光和電的簡單速度和方向控制上。由于缺乏對基于細胞生物驅動的模型理論研究，使得類生命機器人面臨運動控制、動力學匹配等關鍵問題和技術挑戰。
沈陽自動化所微納米課題組針對上述問題提出了一種基于肌細胞亞細胞結構的細胞機械動力學模型，描述肌細胞跳動的動力學行為。Biophysical Journal特別報道圖片為本研究示意圖：以彈簧、變阻尼和電動機等機電部件模擬心肌細胞的亞細胞結構，從而獲得單個心肌細胞的機械動力學模型。在實驗驗證中，利用掃描離子電導顯微鏡獲取細胞跳動曲線，進而根據所測得的細胞動態曲線辨識出細胞理論機械動力學模型系統的參數，從而獲得單個活體細胞亞細胞結構的多維物理機電特性(細胞亞結構的粘性、彈性、質量和動作電位)。
由于掃描離子電導顯微鏡具有對生物樣本無損檢測的特性，同時采用基于活體肌細胞亞細胞結構的建模方法，可實現單細胞亞細胞結構的多維多模態物理特性(粘性、彈性、質量、動作電位)的原位無損同步獲取，為以肌細胞為驅動單元的類生命機器人的動力學匹配及控制技術方法研究奠定了理論和技術基礎。
沈陽自動所微納米課題組專注于信息科學、微納米技術、生物技術與機電系統的融合，期望利用物理和生物原理融合的研究思想，實現機器人感知、驅動、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系列匯刊等期刊發表系列論文，研究布局逐步系統化、體系化，為未來取得更好的成果奠定了工作基礎。
本研究得到了國家自然科學基金委、中國科學院、機器人學國家重點實驗室的大力支持。
(原標題：沈自所微納米組成果獲期刊Biophysical Journal亮點論文發表)
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