В последнее время известные научно-исследовательские университеты и крупные технологические компании уделяют все больше внимания бионике и робототехнике. Активизация разных институтов в индустрии робототехники привела к активному развитию так называемого направления «мягкого» роботостроения. Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Кампейн на днях представили биороботов нового поколения, которых в движение приводят мышечные клетки. При этом управляются они электрическими импульсами.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), более краткий пересказ размещен на официальном сайте университета.
«Биологическая природа движителей является основоположным принципом при создании любого типа биоустройства», – сообщил руководитель проекта Рашид Башир, профессор технических наук Abel Bliss и заведующий кафедрой биоинженерии в университете. – «Мы пытаемся объединить эти инженерные принципы с биологией таким образом, чтобы мы могли использовать их для проектирования и создания биологических машин и систем, которые могут найти применение в медицине и других областях».
Отмечается, что группа под руководством профессора Башира одной из первых приступила к разработке и созданию миниатюрных биороботов, выполненных из напечатанных на 3D-принтерах гидрогелях и клетках живых организмов. В 2013 году исследователи продемонстрировали миниатюрных биороботов, которые могли самостоятельно «передвигаться», используя сокращения мышечных клеток сердца крыс. Однако эти биороботы были практически неконтролируемыми из-за постоянно сокращающихся клеток. Именно поэтому в основу нового поколения биороботов легли полоски скелетной мышечной ткани, которые сокращаются под воздействием внешних электрических импульсов. Сообщается, что конструкция биоробота вдохновлена мускульно-сухожильными структурами в организме животных и людей.
Существует некая основа из гидрогеля, напечатанного на 3D-принтере, являющаяся достаточно прочной и в то же время гибкой, что позволяет роботу сгибаться, имитируя работу сустава. Две подпорки крепят к основе полоску мышечной ткани (точно так же сухожилия присоединяют мышцы к костям). Единственным отличием в случае биороботов является то, что эти подпорки также выступают в качестве их конечностей. Скорость передвижения полностью контролируется электрическими импульсами: с повышением частоты увеличивается скорость. Более наглядное представление о процессе передвижения можно получить из этого видео:
В будущем исследователи собираются улучшить конструкцию путем внедрения нервных клеток. В случае успеха ученые получать больше контроля над биороботами и смогут изменять направление их движения с помощью света или химических реакций. В то же время технологии 3D-печати позволяют придавать биороботам самые разные формы.
В исследовании отмечается, что это только первых шаг к разработке и гибкому управлению биороботам, которых можно обучать и программировать для выполнения разных задач. Хотелось бы думать, что в ближайшем будущем эта разработка ляжет в основу биороботов будущего, которые могли бы обеспечить доставку лекарственных препаратов неинвазивным способом, открыть новые возможности в хирургии и т.д.
Источник: Университет Иллинойса