Мягкий робот-скат плывёт на свет

К синтетической медузе, созданной пара лет назад, добавился синтетический скат – маленькой робот, сделанный из силикона, живых клеток и золота сердца.

Пара лет назад Кевин Кит Паркер (Kevin Kit Parker) и его коллеги из Гарварда сделали неестественную медузу из сердечных и силикона клеток крысы. Моделью тогда стала ушастая аурелия, куполообразная медуза из Тёмного и Средиземного морей, которая двигается, схлопывая тело-купол посредством слоя мышечных клеток – выбрасываемый поток воды толкает медузу вперёд.

Неестественный скат с золотым скелетом, эластомерными плавниками и живыми мышечными клетками. (Фото Karaghen Hudson and Michael Rosnach.) (Фото Ken семь дней.)‹ ›

Дабы воспроизвести в общем строение медузы, исследователи выращивали сердечные клетки крысы на слое полимера полидиметилсилоксана, что направлял и организовывал рост клеток. В то время, когда оказавшуюся конструкцию помещали в электрическое поле, мышечные клетки уменьшались, а эластичная силиконовая подложка растягивала мышечный слой обратно.

Помещённая в раствор между двумя электродами неестественная медуза, которую назвали медузоидом, двигалась, как настоящая – потоки воды около медузоида вели себя совершенно верно так же, как если бы это плавала настоящая аурелия. (Видео с плавающим «сердечно-полимерным» киборгом возможно взглянуть тут.)

В новой статье в Science Кит другие исследователи и Паркер из Гарварда, Стэнфорда и южнокорейского Университета Согён обрисовывают нового робота, которого на этот раз произвели в форме ската и что выглядит и двигается значительно сложнее, чем медузоид.

Выбрав в качестве новой модели ската, предстояло в подробностях узнать, как устроены его мускулы и как с их помощью скат двигает плавниками – а двигает он ими достаточно затейливо: по каждому плавнику спереди назад пробегает волна, и эта волна двигает рыбу вперёд.

После этого настало время делать робота. Неспециализированный принцип был тот же, что и в медузоиде: мышечные клетки, поддерживаемые силиконом, но при ската, дабы адекватно скопировать его перемещения, потребовалось ввести ещё и более твёрдый скелет, сделанный из золота: от его сердцевины в плавники отходили отростки, напоминающие настоящие лучи в рыбьих плавниках.

На силиконовые крылья робота посадили 200 000 сердечномышечных клеток, забранных у двухдневного эмбриона крысы. Эффективность мышечной работы зависит от того, как ориентированы клетки, другими словами в каком направлении они уменьшаются, и, дабы клетки в синтетическом «скате» трудились так, как нужно, их сориентировали посредством дополнительного протеинового покрытия.

У настоящих скатов в плавниках имеется два слоя мышц, уменьшающихся в противоположных направлениях: они изгибают плавник вверх, другие вниз. В роботе же обошлись одним слоем мышечных клеток, каковые гнули эластомерный плавник вниз, а вверх его тянули отростки твёрдого золотого скелета. Дабы перемещения были похожи на то, как двигается настоящий скат, клетки выложили змейкой, которая изгибалась от краёв плавника к середине робота.

Как его заставляли двигаться? Посредством света: мышечные клетки оптогенетическими способами модифицировали так, дабы они уменьшались в ответ на световой импульс. (Детально об оптогенетике возможно почитать тут.)

«Ската» освещали спереди, клетки начинали попеременно уменьшаться, по эластичному плавнику пробегала волна, и робот двигался вперёд. Источник света был двойной, по лампочке на правый и левый плавник; в случае если необходимо было развернуть налево либо направо, включали лишь одну лампочку, в случае если необходимо было плыть прямо, включали обе, меняя частоту световых импульсов, возможно было поменять скорость робота. Кратко схему устройства ската-киборга да и то, как он плавает, возможно взглянуть на видео авторов работы (в ролике мелкий прозрачный скат практически незаметен, и за ним возможно следить лишь по его золотому «скелету»).

Тем, кому уже представляются огромные роботы, сделанные в размер скатов манта и бороздящие просторы Мирового океана, нужно будет подождать. Во-первых, чтобы клетки жили и уменьшались, им нужна особенная среда, так что робот плавает пока только в особенном питательном растворе, что к тому же подогревают до температуры тела крысы (так как клетки, как мы не забываем, крысиные).

Во-вторых, двигается робот весьма медлительно: за час его возможно вынудить проплыть не более 9 метров. Скорее такие устройства – и медузоид, и скат – понадобятся в медицинской биоинженерии: быть может, посредством таковой технологии в будущем возможно будет делать неестественные мускулы вместо состарившихся и больных и неестественные заплатки для сердца, перенёсшего инфаркт.

По данным Science.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

• Как растения реагируют на прикосновения
• Наука и бизнес: круговорот идей и денег в природе

Вид из подо льда как клюет щука окунь и рак

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Cmmworm — уникальный мягкий робот, конструкция которого скопирована со строения тела земляного червя

  Исследователи из университета Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve), возглавляемые Эндрю Хорчлером (Andrew Horchler), создали неповторимого…

• Онлайн-инструментарий поможет всем желающим создавать мягких роботов

  Из года в год роботы всё больше входят в нашу жизнь. Они трудятся на фабриках (и подчас готовы совершить революцию в производстве), исследуют другие…

• Робот на солнечной батарее

  В этом видео канал «Паяльник тв» сделал несложного робота, что движется на свет. Потом будет рассмотрена схема аналогичного устройства, питающегося от…

• Синтетические «нервы» работают на свету

  Микроскопические капли воды, ограниченные липидной мембраной и уложенные друг на друга посредством трёхмерной печати, смогут передавать друг другу…