Cозданы управляемые биороботы из мышечных клеток

Фото: Janet Sinn-Hanlon, Design Group@VetMed

Американские инженеры представили биороботов нового поколения: в движение их приводят мышечные клетки, а управляются они электрическими импульсами. Такие устройства помогут, например, построить автономных мягких роботов, «осьминогов», способных погружаться на морcкое дно и вести поисковые операции, протискиваясь сквозь завалы. О новом устройстве сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Группа Рашида Башира (Rashid Bashir) из Университета Иллинойса в Урбана-Шампэйн давно пытается интегрировать биологические «машины» в робототехнику. В 2013 году они продемонстрировали миниатюрных биороботов, марширующих самостоятельно, благодаря «стуку» живых клеток сердечной мышцы крыс. Однако такие клетки постоянно сокращаются, что крайне затрудняет контроль над движениями робота. В основу новой модели легли полоски клеток скелетной мускулатуры, и запускается она от внешних электрических импульсов.

Конструкция биоробота вдохновлена мускульно-сухожильными блоками в организме позвоночных. Каркас из гидрогеля, отпечатанный на 3D-принтере, достаточно прочный, и в то же время гибкий, позволяет роботу сгибаться, подобно суставу. Два столбика крепят к каркасу полоску мускулов (таким же образом сухожилия присоединяют мышцы к костям) – и те же столбики выступают в качестве конечностей. Скорость движения биоробота контролируется электрическими импульсами: чем выше их частота, тем больше скорость. Клетки скелетных мышц помогли биороботу двигаться более свободно, и одновременно увеличили возможности контроля над ним.

Ученые собираются еще больше усложнить систему управления: например, встроить в конструкцию нервные клетки. Тогда биороботы можно будет двигать в разных направлениях с помощью света или химических соединений.

Однако подражание природе — лишь отправная точка инженерной работы, утверждает Башир. Способность клеток к самоорганизации и движению под влиянием внешних стимулов должна применяться в чисто технических системах: мобильных автономных датчиках, реагирующих на появление токсинов, роботов-хирургов, «умных» имплантатов.