Zrobotyzowane płaszczki wykonane z serca szczura, alg i plastikowych płetw

Naukowcy zbudowali robota płaszczki zbudowanej z komórek mięśnia sercowego szczura, szkieletu ze złota, plastikowych płetw i aktywowanych światłem białek alg — bo czemu nie?

Sung-Jin Park kierował projektem, który jest dziś opisany w czasopiśmie Nauka . Mówi, że wykonanie maleńkich, 16-milimetrowych robotów zajmuje około tygodnia, głównie ze względu na czas potrzebny do wyhodowania komórek mięśnia sercowego w pleśni płaszczki. Park jest naukowcem w laboratorium Kevina Kita Parkera na Uniwersytecie Harvarda, które cztery lata temu dokonało biohybrydowy robot meduzy . Park mówi, że meduza była nie do opanowania, a wyzwanie, które pokonał stosunkowo zwinną płaszczką.

Robotyczna płaszczka jest napędzana do przodu, gdy jest stymulowana wybuchami światła LED.

Sung-Jin Park wraz z kolegami modelował swojego biohybrydowego robota na podstawie falującego ruchu widocznej tutaj małej łyżwy.

Promienie są idealnym planem dla następnej generacji autonomicznych pojazdów podwodnych, mówi Keith Moored, inżynier mechanik z Lehigh University w Bethlehem w Pensylwanii. Jak mówi Moored, płaszczki manty bardzo skutecznie pływają, a modelowanie ich podwodnego szybowania może stanowić obiecujący sposób na oszczędzanie energii. Robot Parka bazuje na innym gatunku płaszczki, ale obowiązują te same zasady.

Zrobotyzowane płaszczki są wykonane w czterech warstwach na tytanowej formie. Rozciągliwa warstwa polimeru jest wycinana laserowo w kształt płaszczki, a następnie cienki złoty szkielet. Jest on pokryty drugą elastyczną warstwą przed wysianiem komórek mięśnia sercowego.

Kiedy komórki mięśnia sercowego są aktywowane, sygnał do skurczu rozchodzi się wzdłuż komórek w linii. Park ułożył komórki, które uzyskał z serca szczura, w wężowaty wzór zygzakowaty wzdłuż płetw płaszczki. Pozwala to płetwom poruszać się po falach, gdy skurcz rozprzestrzenia się od przodu do tyłu.

Oczywiście zautomatyzowana płaszczka nie jest idealną repliką prawdziwego wydarzenia. Mięśnie robota mogą się kurczyć tylko w dół. Rzeczywiste płaszczki mają drugą warstwę mięśniową do dużych ruchów w górę, podczas gdy robot wykorzystuje energię sprężystości złotego szkieletu, aby przenieść płetwy z powrotem na miejsce. Dlatego uważamy, że istnieje luka w wydajności, a dodanie drugiej warstwy może tę lukę zniwelować, mówi Park.

Mięśnie są kontrolowane za pomocą światła techniką znaną jako optogenetyka. Tutaj gen białka pochodzącego z alg jest wprowadzany do komórek mięśniowych. Niebieskie światło powoduje, że białko to aktywuje tkankę mięśniową.

Ten rodzaj biobota był już produkowany, ale płaszczka Parka wykazuje większą zwrotność. Park poprowadził robota za pomocą świateł LED przez prosty tor przeszkód, pokazując, że płaszczka przewyższa inne roboty biohybrydowe pod względem szybkości, odległości i wytrzymałości. Mimo to płaszczki nie są dokładnie pływakami olimpijskimi, poruszając się z prędkością zaledwie 1,5 milimetra na sekundę na 250-milimetrowym torze przeszkód.

Jeśli chodzi o to, dlaczego ktokolwiek miałby chcieć małego robota płaszczki, Park mówi, że interesuje go po prostu model biologiczny, tworzenie tych obwodów i projektowanie ścieżki sygnałowej. Opracowanie modeli sposobu, w jaki zaprojektowano tkankę serca, może również pomóc w rozwoju sztucznych narządów w przyszłości.

Moored mówi, że użycie prawdziwych biologicznych mięśni może prowadzić do wyjątkowo cichej sygnatury hałasu w porównaniu z innymi technologiami. Jest to ważne dla szeregu zastosowań, od produkcji ukrytych pojazdów zwiadowczych po opracowywanie urządzeń, które mogą nieinwazyjnie śledzić gatunki i obserwować ich zachowania.

ukryć