17.10.2019
2 минуты на чтение

Ученые разработали микроскопический биогибридный робот

Изобретение может найти применение в биоинженерии, медицине и при создании самовосстанавливающихся материалов

Фото: pnas.org

На основе нейромышечной ткани исследователи из Иллинойского университета, США, разработали микроскопическое роботизированное устройство, которое работает при стимуляции светом. Ученые считают, что изобретение приблизило их к созданию автономных биологических роботов, передает TechXplore.

В 2014 году команда ученых во главе с профессорами Иллинойского университета Тахером Саифом и Рашидом Баширом работали над созданием самодвижущихся биогибридных роботов, способных плавать и ходить. Они функционировали с помощью клеток сердечной мышцы крыс. Однако, по словам Саифа, сердечные ткани сокращались автономно, из-за чего устройства не реагировали на сигналы окружающей среды и не могли самостоятельно принимать решения.

В новой работе, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи описали новое поколение двухвостых биороботов. Тело робота состоит из мягких каркасов, скелетных мышц и скопления нейронов, которые обладают оптогенетическими свойствами и могут сокращать мышцы при воздействии света. В ходе экспериментов ученые использовали культуры клеток-нейронов, полученные из стволовых клеток мыши, которые прилегают к мышечной ткани. Придвигаясь к мышцам, нейроны образовывали нервно-мышечные соединения, благодаря чему робот мог двигаться автономно.

Убедившись в совместимости нервно-мышечной ткани с синтетическим каркасом биоробота, специалисты начали работать над оптимизацией его способностей. Они использовали вычислительные модели, чтобы определить, какие физические характеристики смогут повысить эффективность и скорость плавания. Ученые, в частности, меняли количество и длину хвостов. По словам профессора Маттиа Газзолы, компьютерное моделирование позволяет изучить несколько возможных конструкций и выбрать самые подходящие для тестирования в реальной жизни.

Фото: Michael Vincent

«Способность управлять мышечной активностью с помощью нейронов прокладывает путь для дальнейшей интеграции нейронных единиц в биогибридные системы», — сказал Саиф. Он считает, что разработка — это еще один шаг навстречу будущим многоклеточным инженерным живым системам, которые смогут реагировать на сигналы окружающей среды. Их можно будет использовать в биоинженерных и медицинских технологиях и для создания самовосстанавливающихся материалов.

Ученые также отметили, что биогибридные роботы, как и живые организмы, не будут развиваться по одному сценарию. «Подобно тому, как близнецы не являются по-настоящему идентичными, две машины, предназначенные для выполнения одной и той же функции, не будут одинаковыми, — сказал Саиф. — Один может двигаться быстрее или лечить от повреждений не так, как другие».