Überblick und Konzept Im Februar 2013 stellte der Amerikaner Skylar Tibbits das Konzept des 4D-Drucks vor, und fünf Monate später schlug der Akademiker Lu Bingheng von der Xi'an Jiaotong Universität das Konzept des 5D-Drucks vor. In einem Artikel mit dem Titel "Development Roadmap of 3D Printing Technology", der am 29. Juli 2013 in der China Information Week veröffentlicht wurde, schrieb Lu Bingheng [...]
Im Februar 2013 stellte der Amerikaner Skylar Tibbits das Konzept des 4D-Drucks vor, und fünf Monate später schlug der Akademiker Lu Bingheng von der Xi'an Jiaotong Universität das Konzept des 5D-Drucks vor.
In einem Artikel mit dem Titel "Development Roadmap of 3D Printing Technology", der am 29. Juli 2013 in der China Information Week veröffentlicht wurde, schlug der Akademiker Lu Bingheng als Erster vor, dass der 5D-Druck die derzeitige Form des Zelldrucks ist, bei dem die von uns benötigten lebenden Gewebe und Organe durch Druck erzeugt werden können.
Er beschrieb mehrfach den 5D-Druck und erklärte, dass sich im Laufe der Zeit nicht nur die Form, sondern auch die Funktionalität verändert. Beim Drucken menschlicher Organe beispielsweise werden nach dem Druck eines Gerüsts menschliche Zellen in dieses eingearbeitet, die sich in der richtigen Umgebung in verschiedene Gewebe verwandeln und schließlich zu einem Organ werden.
Natürlich ist der 5D-Druck viel mehr als nur ein einfaches Konzept: Wenn der 4D-Druck dem 3D-Druck die zeitliche Dimension hinzufügt und intelligente Materialien für die Selbstmontage verwendet, dann führt der 5D-Druck die Fähigkeit ein, selbst zu wachsen, was nicht nur eine weitere Dimension bedeutet, sondern sich auf mehrere Dimensionen ausdehnt.
Es ist wichtig, Folgendes zu beachten: Erstens werden beim 5D-Druck zwar immer noch Geräte der 3D-Drucktechnologie verwendet, aber die gedruckten Materialien sind lebende Zellen und biologisch aktive Faktoren, die Vitalität besitzen. Diese Biomaterialien müssen während ihrer späteren Entwicklung funktionelle Veränderungen durchlaufen; daher muss von Anfang an ein vollständiges Lebenszyklusdesign berücksichtigt werden.
Zweitens bezieht sich die derzeitige so genannte 5D-Freiformbearbeitung auf die fünfachsige Bearbeitung auf der Ebene der Fertigungstechnologie, die noch in den Bereich der 3D-Fertigung fällt und sich völlig vom Konzept des 5D-Drucks unterscheidet, dem eine führende Rolle bei der wissenschaftlichen und technologischen Innovation fehlt.
Es liegt auf der Hand, dass der 5D-Druck die herkömmliche Fertigung, die durch statische Strukturen und feste Leistungen gekennzeichnet ist, in eine dynamische und veränderbare Funktionalität umwandeln wird und damit die herkömmlichen Fertigungsparadigmen in Richtung strukturelle Intelligenz und funktionale Genese durchbricht.
Dies wird bahnbrechende Veränderungen in der Fertigungstechnologie und der künstlichen Intelligenz mit sich bringen und die Produktion von nicht lebenden Gebilden zu lebensähnlichen Gebilden mit der Fähigkeit, Form und Eigenschaften zu verändern, weiterentwickeln.
Kurzfristig könnte diese Technologie die Organtransplantation und die Gesundheitsversorgung für Menschen revolutionieren. Längerfristig hat sie das Potenzial, eine neue Richtung für die Fertigungs- und Biowissenschaften einzuschlagen und eine bahnbrechende Entwicklung der künstlichen Intelligenz voranzutreiben.
Der Kern des 5D-Drucks liegt in der Herstellung von Geweben mit Lebensfunktionen, die dem Menschen die Möglichkeit bieten, funktionale Organe nach Maß herzustellen. Die Technologie zur Herstellung von künstlichem Gewebe und Organen ist ein Schlüsselbereich, der von globalen Produktionsunternehmen unterstützt wird.
So wird im "Outlook on Manufacturing Challenges for 2020" der Vereinigten Staaten die Herstellung von biologischem Gewebe als eine der wichtigsten Richtungen für die Hochtechnologie genannt; der "Strategische Bericht über die Zukunft des verarbeitenden Gewerbes: 2015-2020" der Europäischen Kommission schlägt vor, den Schwerpunkt auf die Entwicklung von Biomaterialien und künstlichen Prothesen zu legen, und positioniert die Biotechnologie als eine der vier Hauptdisziplinen, die die Zukunft des verarbeitenden Gewerbes bestimmen;
In der Technologie-Roadmap der japanischen Society of Mechanical Engineers wird die Mikro-Biomechanik zur Förderung der Geweberegeneration als eine der zehn Forschungsrichtungen hervorgehoben. Sowohl auf internationaler als auch auf nationaler Ebene wurden teilweise klinische Anwendungen und die Industrialisierung der Herstellung personalisierter menschlicher Ersatzstoffe und membranartiger aktiver Gewebe erreicht.
Die technische Herstellung komplexer aktiver Gewebe und Organe stellt jedoch noch immer eine große Herausforderung dar. Derzeit gibt es weltweit über 300 Einrichtungen und Unternehmen, die sich mit der Erforschung und Entwicklung der biologischen 3D-Technologie befassen.
Das Wake Forest Institute for Regenerative Medicine in den Vereinigten Staaten hat eine Reihe bahnbrechender Ergebnisse auf dem Gebiet der biologischen 3D-Technologie erzielt: Es war das erste Unternehmen, das erfolgreich Stammzellen gedruckt und die Differenzierung von funktionellem Knochengewebe eingeleitet hat; in Zusammenarbeit mit dem U.S. Army Institute of Regenerative Medicine wurde ein 3D-Hautdrucker entwickelt; außerdem wurden Strukturen gedruckt, die einer "künstlichen Niere" ähneln.
Auf internationaler Ebene wurden heterogene integrierte vaskuläre Netzwerkstrukturen und heterogene integrierte Zelldruckgeräte entwickelt, die zelluläre heterogene Strukturen wie menschliche Schädelknochenpflaster und Ohrknorpel erzeugen.
In China wurden Knochen, Zähne, Ohrknorpelgerüste und Gefäßstrukturen gedruckt und erste klinische Anwendungen realisiert; außerdem wurden Glioblastom-Stammzellmodelle und mehrzellige heterogene Hirntumorfasermodelle hergestellt. Renommierte chinesische Universitäten, darunter die Tsinghua-Universität, die Xi'an Jiaotong-Universität, die Zhejiang-Universität, die South China University of Technology, die Sichuan-Universität und die Jilin-Universität, haben auf diesem Gebiet eingehende Forschung betrieben.
Die Kluft zwischen einigen inländischen biologischen Produktionsbereichen und dem internationalen Spitzenniveau verringert sich, und einige wenige erreichen sogar eine weltweite Spitzenposition.
Der 5D-Druck stellt die Konvergenz von Fertigungstechnologie und biowissenschaftlicher Technologie dar, bei der das gezielte Design, die Herstellung und die Regulierung im Mittelpunkt stehen. Zu den wichtigsten Schlüsselfragen gehören die folgenden fünf Aspekte.
Aufbauend auf dem Verständnis der Selbstwachstumseigenschaften von Lebewesen ist es notwendig, Theorien für die strukturelle und funktionelle Gestaltung von Zellen und Genen in der Elementarphase und während des gesamten Wachstumsprozesses zu entwickeln.
Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören: erstens die Durchbrechung der bestehenden Theorien für mechanisches Design, die sich auf strukturelles Design und mechanische Funktion konzentrieren, um Designmethoden zu entwickeln, die Struktur, Antrieb und Funktion gemeinsam entwickeln; zweitens das Verständnis der Gesetze, die die Zell- und Genreplikation und die Selbstreplikation steuern, um die Zusammensetzung und Struktur von Zellen im Anfangszustand zu entwerfen, die nach ihren eigenen Regeln wachsen;
und drittens die Erforschung von Materialien, Herstellungsverfahren und technischen Kontrollmethoden für lebende Einheiten, die abbaubar sind, eine ausreichende technische Festigkeit besitzen und in bestimmten Umgebungen aktiviert und gezüchtet werden können.
Beim 5D-Druck dienen die lebenden Einheiten als Grundlage für Gewebewachstum und -entwicklung, wobei einzelne Zellen oder Gene den Kern der späteren funktionellen Manifestation bilden. Die mikro- und nanoskalige Akkumulation dieser lebenden Einheiten erfordert die Untersuchung ihrer Stapelungsprinzipien und Wechselbeziehungen.
Durch Anpassung der interzellulären Beziehungen können wir die dreidimensionale räumliche Struktur und die Funktionen steuern und so das Gewebewachstum und die funktionelle Regeneration erleichtern. Das Markenzeichen des 5D-Drucks ist die funktionelle Regeneration von Lebewesen, wobei die Erhaltung ihrer Lebensfähigkeit an erster Stelle steht.
Daher muss bei der Herstellung von Lebewesen für eine passende Kultivierungsumgebung gesorgt werden, einschließlich der Kontrolle von Nährstoffen, Sauerstoff, Kohlendioxid und anderen atmosphärischen Bedingungen im Kulturmedium, um eine Synergie zwischen der biologischen Umgebung und dem Druckprozess zu schaffen.
Es ist von entscheidender Bedeutung, die Mechanismen und Prozessinnovationen zu untersuchen, die es verschiedenen Materialien und Strukturen ermöglichen, in bestimmten Umgebungen zu verschiedenen Geweben und Funktionen zu wachsen. Die anfänglichen Strukturen und Funktionen des 5D-Drucks müssen sich in bestimmten Umgebungen zu endgültigen Funktionalitäten entwickeln.
Dies erfordert ein Verständnis der Beziehung zwischen Funktionsbildung und Designherstellung sowie der Gesetzmäßigkeiten funktioneller Veränderungen im Laufe der Zeit in multizellulären Systemen.
Dazu gehören die Zusammenhänge der zellulären Interkonnektivität und Interaktionen, die durch ihre Wirkungen Funktionen für die Freisetzung von Energie (Muskelzellen) oder die Übertragung von Informationen (Neuronen) konstruieren und eine technische Grundlage für die Entwicklung multifunktionaler Geräte bieten.
Lebewesen sind funktionelle Organisationen, die durch Informationen gesteuert werden können, ähnlich der Rolle der Neuronen bei Tieren und Menschen. Beim 5D-Druck ist es von entscheidender Bedeutung zu erforschen, welche Materialien und Strukturen neuronale Funktionen ersetzen können, wie elektrische oder chemische Signale korrekt übertragen werden können und wie die Bildung verschiedener Funktionalitäten in Geweben gesteuert werden kann.
Die Erforschung von neuronalen und gehirnähnlichen Geweben wird dazu beitragen, Organisationen für die Informationsübertragung zu schaffen, die auf den natürlichen Eigenschaften des Menschen beruhen, und damit einen weiteren Schritt in Richtung künstlicher Intelligenz mit einer gehirnähnlichen natürlichen Organisation zu machen.
Das derzeitige Deep Learning in der künstlichen Intelligenz stützt sich auf Modellvermutungen, Datentraining, kontinuierliche Lernakkumulation und verwendet sogar biologische genetische Algorithmen, um Funktionen der künstlichen Intelligenz zu realisieren, ähnlich wie Flugzeuge Vögel ersetzt haben.
In Zukunft könnten gehirnähnliche Gebilde mit Hilfe des 5D-Drucks Chips in nachgebildete oder künstliche Organe implantieren, von der zufälligen Vernetzung menschlicher Gehirnneuronen lernen, um leistungsfähige biologische Chips zu schaffen, oder Gene nutzen, um ein biologisch aktives Gehirn vollständig zu replizieren.
Die Sammlung von Informationen, die Entscheidungsfindung und die Steuerung zwischen dem künstlichen Gehirn, den menschlichen Originalorganen und den verschiedenen künstlichen Organen sind Bereiche, die noch weiter erforscht und innoviert werden müssen.
Bei der Anwendung der 5D-Drucktechnologie ist es wichtig, die Prinzipien von Design und Herstellung zu verstehen. Für bestimmte Organe oder biologische Geräte muss ein systematisches strukturelles und funktionelles Wachstumsdesign durchgeführt werden.
Dabei geht es darum zu verstehen, wie zelluläre oder genetische Kombinationen beim 5D-Druck reguliert werden können, wie prozessbedingte Schäden am lebenden Organismus während des Drucks kontrolliert werden können und wie die Funktionen der gebildeten Organe oder Geräte sowie Eingriffe und Lenkung des Zellwachstums gesteuert werden können.
Es ist notwendig, die Beziehung zwischen 5D-Druck und Funktionsbildung zu verstehen, die Funktionen von multifunktionalen Geräten oder Geweben zu bewerten und zu messen und ein Forschungssystem einzurichten, das das Design von Lebenseinheiten, den schadensfreien Druck und die Funktionsbildung integriert. Dies bietet die notwendige technische Unterstützung für die Entwicklung von Organen und Geräten mit biologischen Eigenschaften.
Der 5D-Druck wird die Herstellung von Materialien wie Holz, Metall und Silizium auf biologische Materialien verlagern und den Übergang von unveränderlichen Strukturen zu Geräten ermöglichen, die sich funktionell regenerieren können.
Um dies zu erreichen, ist es von entscheidender Bedeutung, transformative Design- und Fertigungstechniken zu entwickeln, die sich an der Funktionalität orientieren, und die Fertigungstechnologie durch interdisziplinäre Integration voranzutreiben. Das State Key Laboratory of Mechanical Manufacturing Systems Engineering an der Xi'an Jiaotong University hat vielversprechende Untersuchungen zur Entwicklung des 5D-Drucks durchgeführt.
Der Myokardinfarkt ist eine schwere Erkrankung, die eine erhebliche Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellt. Den vorhandenen künstlichen Herzpflastern fehlen elektrophysiologische Eigenschaften und sie können keine elektrische Signalübertragung mit dem Wirtsmyokard herstellen, so dass keine synchrone Kontraktion erreicht wird und die funktionelle Erholung des infarzierten Myokards stark beeinträchtigt wird.
Daher ist die Forschung zur Integration leitfähiger Sensorfunktionen in herkömmliche Herzgewebe erforderlich. Dabei wird die Multimaterial-Mikro-/Nano-3D-Drucktechnologie eingesetzt, um die integrierte und kontrollierbare Herstellung leitfähiger Herz-Scaffolds zu erreichen, die neue Möglichkeiten zur Erforschung der Pathogenese und Behandlung von Herzinfarkten bieten.
Diese Forschung wird die Bioproduktion von der traditionellen Gerüstherstellung zur Entwicklung intelligenter, leitfähiger Sensorgerüste vorantreiben. Durch die Simulation der Mikro-/Nanofaserstruktur der natürlichen extrazellulären Matrix des Herzens wurden Forschungsarbeiten zu elektrostatischen Drucktechniken für leitfähige Multimaterial-Verbundfasern im Mikro-/Submikromaßstab durchgeführt.
Mittels elektrostatischem Schmelzdruck wurden Poly(caprolacton)-(PCL)-Mikrofasern mit einem Durchmesser von 9,5μm±1,5μm hergestellt; mittels elektrostatischem Lösungsdruck wurden leitfähige Fasern aus Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonat)-Polyethylenoxid (PEDOT:PSS-PEO) mit einem Durchmesser von 470nm±76nm produziert.
Die submikroskopischen leitfähigen Fasern aus PEDOT:PSS-PEO wiesen eine ausgezeichnete Leitfähigkeit auf, die bei 1,72×103S/m. Mit Hilfe einer schichtweisen Akkumulationsmethode wurden mehrschichtige Verbundgerüste geschaffen, die aus mehrschichtigen Mikrofasergerüsten mit verschiedenen Ausrichtungen und mikro-/submikroskaligen leitfähigen Gerüsten bestehen, wie in Abbildung 8-17 dargestellt.
Das mehrschichtige Verbundgerüst wies in Faserrichtung günstige mechanische Eigenschaften mit einem Elastizitätsmodul von etwa 13,0 MPa auf. Messungen der Leitfähigkeit des Gerüsts zeigten, dass die Zugabe von submikroskopisch kleinen leitfähigen PEDOT:PSS-PEO-Fasern die Leitfähigkeit des Gerüsts erheblich verbesserte.
Darüber hinaus bewahrten die mikro-/submikroskaligen leitfähigen Gerüste eine stabile Leitfähigkeit in wässriger Umgebung und bildeten so die Grundlage für nachfolgende Zellexperimente.
Primäre Kardiomyozyten, die wichtigsten Zellen im Herzgewebe, sorgen für die Kraft der Herzkontraktion und den Blutfluss.
Der Einfluss des oben erwähnten mehrschichtigen Kompositgerüsts auf das orientierte Wachstum und das synchrone Schlagen von primären Kardiomyozyten aus Ratten wurde untersucht. Nach acht Tagen Co-Kultivierung wurde beobachtet, dass primäre Kardiomyozyten in der Lage waren, entlang mikrometergroßer PCL-Fasern zu wachsen und komplexe, orientierte zelluläre Netzwerke auf submikrometergroßen leitfähigen PEDOT:PSS-PEO-Fasern zu bilden.
Die Zellen exprimierten auch erhebliche Mengen der herzspezifischen Proteine α-Actinin und CX43. Die Analyse der Fluoreszenzquantifizierung ergab, dass die Menge dieser Proteine auf leitfähigen PEDOT:PSS-PEO-Fasern im Submikrometerbereich deutlich höher war als auf PCL-Fasern im Mikrometerbereich.
Dies zeigt, dass die leitfähigen Fasern aus PEDOT:PSS-PEO im Submikrometerbereich die Leitfähigkeit des Gerüsts, die interzelluläre elektrische Signalübertragung, die Proteinexpression und die Schlagkraft der Kardiomyozyten verbesserten. Darüber hinaus erleichterte der schichtweise, orientierte Aufbau des mehrschichtigen leitfähigen Gerüsts das synchrone Schlagen der primären Kardiomyozyten.
Die Neurowissenschaften sind heute eine der wichtigsten Richtungen in der wissenschaftlichen Forschung und ein Höhepunkt des wissenschaftlichen Wettbewerbs zwischen den Nationen. Im Jahr 2013 kündigte der amerikanische Präsident Obama die Brain Initiative an, der bald darauf die Europäische Union und Japan mit dem Human Brain Project bzw. dem Brain/Minds Project folgten.
In Chinas "13. Fünfjahresplan" rangieren die Hirnforschung und hirnähnliche Forschung an vierter Stelle der 100 wichtigsten Projekte. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation stellen Gehirnerkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, Autismus und Depressionen inzwischen eine größere gesellschaftliche Belastung dar als Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs. Aufgrund des begrenzten Verständnisses ihrer Pathogenese gibt es in fast allen Fällen keine wirksamen Behandlungen.
In der Hirnforschung und der Erforschung von Hirnerkrankungen ist der Mangel an menschlichen Hirngewebespendern zu einem großen Engpass geworden. Tierisches Hirngewebe kann die Eigenschaften des menschlichen Gehirns nicht vollständig repräsentieren. Daher ist die Konstruktion von In-vitro-Modellen, die natürliches menschliches Hirngewebe genau nachahmen, eine unabdingbare Voraussetzung für den Fortschritt der Neurowissenschaften.
Die Funktionalität der Neuronen im Hirngewebe und ihre Signalübertragung sind für die kognitive Funktion von grundlegender Bedeutung. Die Anordnung dieser Zellen, ihre Typen und Dichten innerhalb der Rindenschichten bilden die Grundlage für die Funktionsbereiche der Großhirnrinde. Der Schritt vom Verstehen des Gehirns zum Erschaffen desselben weist die Richtung für die Entwicklung von gehirnähnlichen Computern.
Die morphologische und funktionelle Konstruktion von Hirngewebe in vitro hängt vom biomimetischen Design und der präzisen Herstellung von Neuronentypen, Konstruktionsstrukturen und Neuronenkombinationen ab, die den angestrebten Funktionsbereichen entsprechen. Dies ist eine zukunftsweisende Richtung, die der 5D-Druck biologischer gehirnähnlicher Funktionen einschlagen sollte.
Bei der Entwicklung von Geräten für die In-vitro-Konstruktion von hirnähnlichem Gewebe wurde ein integriertes System für Zelldruck und -kultivierung entworfen und zusammengebaut. Es kann gleichzeitig verschiedene Zellen und Matrixkomponenten drucken, mit einer Druckkopfgeschwindigkeit von 100 bis 1000 ml/min und einer X-Y-Bewegungsgenauigkeit des Arbeitstisches von nicht mehr als 20 μm.
Es kann Gewebeschichten mit einer Dicke von 100 bis 300 μm drucken, wobei eine Druckkammertemperatur von 37°C±1°C aufrechterhalten wird. Die Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen sind einstellbar, mit Konzentrationsabweichungen innerhalb von ±1%, was eine Geräteplattform für den In-vitro-Druck von mehrzelligen gehirnähnlichen Geweben bietet, wie in Abbildung 8-18 gezeigt.
Auf der Grundlage der vorhandenen Druckausrüstung wurden die Parameter des Druckprozesses optimiert, um den Anforderungen des Drucks von Nervenzellen gerecht zu werden. So konnten dreidimensionale, lebensfähige neuronale Gewebe hergestellt werden, die primäre neuronale Zellen der Ratte mit einer Zelllebensfähigkeit von über 94% nach dem Druck einkapseln.
Natürliches Hirngewebe besteht hauptsächlich aus zwei Arten von Nervenzellen: Neuronen und Neuroglia. Mit Hilfe der oben genannten Plattform haben wir Modelle von reinem neuronalen Gewebe, gemischtem Neuronen- und Gliazellengewebe und komplexen Gewebestrukturen mit Neuronen und Gliazellen in einer vordefinierten dreidimensionalen räumlichen Anordnung erstellt.
Dieser Aufbau ermöglichte die Ko-Kultur von Neuronen und Gliazellen aus aktivem, hirnähnlichem Gewebe in vitro unter verschiedenen räumlichen strukturellen Verhältnissen. Die Forschung zeigt, dass Neuronen, die neben, aber getrennt von Gliazellen angeordnet sind, Morphologien und biochemische Ausdrücke zeigen können, die mehr an natürliches Hirngewebe erinnern als Neuronen, die allein in vitro kultiviert werden.
Dieses Modell bietet eine genauere Darstellung und Forschungsgrundlage für die Koexistenz von Neurogliazellen und Neuronen aus einer dreidimensionalen Perspektive und legt damit den Grundstein für spätere hirnwissenschaftliche Bemühungen und pathologisch-pharmakologische Studien unter Verwendung von in vitro-Modellen.
Bestehende Maschinen sind durch geringe Energieumwandlungseffizienz und Flexibilität eingeschränkt. Multidirektionale flexible bioinspirierte Roboter, die von lebendem Muskelgewebe oder Zellen angetrieben werden, stellen die Zukunft bio-symbiotischer Maschinen mit hoher Energieumwandlungseffizienz, intrinsischer Sicherheit und agiler Bewegung dar. Zu diesem Zweck ist die Erforschung von Herstellungsverfahren für bioinspirierte Roboter aus multizellulären und multimaterialen Verbundwerkstoffen erforderlich.
Diese Forschung zielt darauf ab, einen wiederholbaren, anpassbaren Rapid-Manufacturing-Ansatz zu entwickeln, der auf den funktionalen Anforderungen von lebensechten Robotern basiert, die biologische und mechanische Systeme integrieren.
Für das Design der biologischen Einheit haben wir eine Gerüstmikrostruktur mit negativer Poissonzahl für die Kultivierung und Differenzierung von Muskelzellen entwickelt. Dieses Design verbessert den Grad der Muskelzelldifferenzierung und die Kontraktionskraft des Muskelgewebes und bietet gleichzeitig den notwendigen Schutz und die Nährstoffe, um die langfristige Aktivität der biologischen Einheit aufrechtzuerhalten.
Bei der Herstellung der biologischen Einheit wurde der 3D-Druck zur Herstellung von Biokomponenten verwendet. Experimentelle Untersuchungen zum Wachstum und zur Differenzierung von Skelettmuskelzellen ergaben, dass sich diese Zellen in reife Muskelfasern differenzieren können, was die Grundlage für die Konstruktion funktioneller biologischer Einheiten bildet. Außerdem konstruierten wir einen krabbelnden biomechanischen Hybridroboter nach dem Vorbild der Meeresschnecke.
Um die Funktionalität der biologischen Einheit zu regulieren, wurde eine Stimulationsplattform mit Mehrfachfeldkopplung eingerichtet. Es wurden Studien über die Regulierungsmechanismen von bionischen Umweltanreicherungsreizen (wie elektrische und mechanische Reize) auf die Antriebsleistung der biologischen Einheit durchgeführt.
④ Für das Fahrverhalten von bioinspirierten Robotern wurde ein kinematisches und dynamisches Modell entwickelt, das auf einem Feder-Dämpfer-System zweiter Ordnung basiert. Mit Hilfe einer kinematischen und dynamischen Versuchsplattform wurden Tests zur Fahrleistung des Roboters durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Roboter bei einer Rechteckimpulsstimulation mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 1 V mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/s vorwärts kriechen konnte.
Die oben erwähnte Forschung untersucht die möglichen zukünftigen Richtungen für Roboter mit lebendem Körper.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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