Dodano: 27 styczeń 2023r.

Robot, który porusza się dzięki mięśniom myszy

Zespół naukowców opracował zdalnie sterowane roboty, które łączą w sobie najnowocześniejsze osiągnięcia robotyki z podstawowymi systemami biologicznymi. Maszyny te poruszają się za pomocą wyhodowanej w laboratorium tkanki mięśniowej myszy.

Robot, który porusza się dzięki mięśniom myszy

 

Powieści, filmy i gry z gatunku science fiction pełne są opisów cyborgów łączących w sobie elementy biologiczne i czysto mechaniczne. Naukowcy pracujący pod kierunkiem uczonych z Northwestern University oraz University of Illinois Urbana-Champaign opracowali właśnie taka maszynę - maleńkiego, biohybrydowego robota, który został zbudowany z wyhodowanych w laboratorium komórek mięśniowych myszy, wydrukowanego w drukarce 3D szkieletu z miękkiego materiału oraz bezprzewodowych chipów kontrolnych LED.

Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Science Robotics” (DOI: 10.1126/scirobotics.add1053).

Przełomowa konstrukcja z ograniczeniami

W nowym projekcie budowy biohybrydowych, zdalnie sterowanych robotów uczeni zastosowali efektywne rozwiązania. Na tyle efektywne, że roboty te mogą być w stanie ustanowić nowe rekordy prędkości poruszania się dla tego typu maszyn. Są one określane, m.in. przez naukowców z działającej w ramach Northwestern University McCormick School of Engineering mianem „eBiobots”. W ich konstrukcji po raz pierwszy wykorzystana została mikroelektronika, miękkie materiały, ale i prawdziwe mięśnie.

Polimerowy szkielet tych niewielkich, biologicznych robotów został wydrukowany przy pomocy drukarki 3D. Natomiast najistotniejszą ich częścią stały się mysie tkanki mięśniowe, które zostały ukształtowane we wspomnianym szkielecie. To właśnie te tkanki odpowiadają za wprawianie robotów w ruch. Pierwsze z nich, potrafiące chodzić, zostały zademonstrowane już w 2012 roku. Natomiast w roku 2016 zaprezentowano roboty, które były aktywowane przy pomocy promieni świetlnych. Z jednej strony umożliwiło to badaczom sprawowanie kontroli nad nimi, z drugiej jednak stanowiło dość znaczące ograniczenie w kontekście potencjalnego ich praktycznego wykorzystania. Sporym wyzwaniem bowiem byłoby utrzymanie nad nimi kontroli w warunkach innych, niż laboratoryjne.

Komunikacja bezprzewodowa

Znalezienia rozwiązania wspomnianego problemu podjął się John A. Rogers, ekspert w dziedzinie bioelektroniki z Northwestern Engineering. Jego zespół zastosował w tym celu mikrodiody LED, które nie wymagają akumulatorów oraz bezprzewodowej mikroelektroniki. W założeniu taki system miał umożliwić łatwiejszą zdalną kontrolę nad tymi biologicznymi maszynami. Jednocześnie eliminacja tak akumulatorów, jak i jakichkolwiek przewodów umożliwiła im bardziej swobodne poruszanie się.

Kluczowa w tym kontekście jest cewka odbiorcza, za pośrednictwem której roboty te są zasilane. Odbywa się to w ten sposób, że do robotów przesyłany jest bezprzewodowy sygnał, który pobudza diody LED do pulsowania. Stymulują one następnie skurcze tkanek mięśniowych, które zostały ukształtowane tak, aby były wrażliwe na światło. A to z kolei sprawia, że wprawiają one w ruch polimerowy szkielet powodując, że robot zaczyna się poruszać. Celując zaś w określone mikrodiody LED uzyskujemy możliwość pobudzenia do ruchu określonych partii mięśni, a tym samym do skierowania robota w określonym kierunku.

Należy podkreślić, że dalsze możliwości ulepszenia tych robotów są znaczące. Możliwe jest np. wyposażenie ich w biologiczne lub chemiczne sensory, a to z kolei może dać im możliwość wykrywania zanieczyszczeń, jak i biomarkerów powiązanych z różnymi chorobami. Możliwe stanie się zatem używanie ich np. do monitorowania stanu środowiska lub w medycynie.

 

Źródło: University of Illinois Urbana-Champaign, fot. Inria / Poppy-project.org / Photo H. Raguet., CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons. Zdjęcie poglądowe. Na fotografii Poppy - open source’owa platforma robotów drukowanych w 3D.