Завтовшки близько 0,5 мм. MIT створив надтонкого робота, якого рухають живі м’язові клітини

Інженери MIT розробили робота завтовшки близько 0,5 мм, який плаває завдяки шару живих м’язових клітин. Під дією світла клітини скорочуються та рухають два плавці.

Про це пише видання Interesting Engineering.

Робот складається з тонкої желатинової плівки з двома гнучкими ділянками, що виконують роль плавців. На кожному з них розміщений шар вирощених у лабораторії скелетних м’язових клітин, товщина якого менша за людську волосину.

Клітини генетично змінили так, щоб вони скорочувалися у відповідь на світло. Коли дослідники спрямовують промінь на один із плавців, м’язи скорочуються, змушуючи його рухатися та штовхати робота крізь воду. Освітлення обох плавців запускає їхній одночасний рух.

Змінюючи, на який плавець спрямоване світло, а також тривалість освітлення, науковці можуть керувати напрямком і швидкістю руху. Під час експерименту робота занурили у велику чашку Петрі та за допомогою джерела світла провели ним через простий підводний лабіринт.

На максимальній швидкості робот долав приблизно чотири власні довжини за хвилину. Дослідники зазначають, що це значно повільніше за плавання людини, однак експеримент демонструє можливість створення дуже тонких роботів, здатних рухатися завдяки живій тканині.

За словами команди MIT, це перша демонстрація настільки тонкого двовимірного робота з живими м’язами, який здатний самостійно переміщатися.

Для створення конструкції дослідники експериментували з матеріалом, на якому вирощували клітини. Попередня версія використовувала фібрин — дуже м’який гель, який деформувався під час скорочення м’язів. У новій конструкції його замінили на желатинметакрилат (GelMA), який застосовують у тканинній інженерії.

Виявилося, що форма й жорсткість основи мають важливе значення для роботи м’язів. Зокрема, канавки з пласким квадратним дном краще вирівнювали клітини, ніж заокруглені. Завдяки цьому вони формували м’язові волокна, які скорочувалися більш узгоджено.

Перед складанням робота дослідники також тренували м’язову тканину повторюваними світловими імпульсами, щоб посилити її скорочення. Плівка завтовшки близько 0,5 мм водночас забезпечувала необхідну опору та залишалася достатньо легкою й гнучкою для руху разом із м’язами.

Попередні біогібридні роботи часто потребували об'ємних тривимірних конструкцій і мільйонів вирощених у лабораторії м’язових клітин. Новий підхід дає змогу використовувати значно тонший шар біологічного матеріалу.

У майбутньому подібні роботи можуть застосовуватися для роботи у водному середовищі, зокрема для дослідження крихких або складних екосистем. Водночас нинішня конструкція залишається експериментальним прототипом: джерелом світла керували вручну, а швидкість робота поки обмежена. Наступним завданням команди стане вдосконалення конструкції, щоб збільшити швидкість плавання.