Τετάρτη, 18 Σεπτεμβρίου 2019

Υβριδικά βιορομπότ που κινούνται με μύες και νεύρα. Microscopic Biohybrid Robots Propelled by Muscles & Nerves Built by Researchers

Μαλακά ρομπότ τα οποία κινούνται χάρη σε νευρομυϊκούς ιστούς οι οποίοι ενεργοποιούνται όταν διεγείρονται από το φως ανέπτυξαν ερευνητές, κάνοντας ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση της δημιουργίας αυτόνομων βιορομπότ. This is an artist rendering of a new generation of biobots — soft robotic devices powered by skeletal muscle tissue stimulated by on-board motor neurons. Credit: Graphic courtesy Michael Vincent

Μαλακά ρομπότ τα οποία κινούνται χάρη σε νευρομυϊκούς ιστούς οι οποίοι ενεργοποιούνται όταν διεγείρονται από το φως ανέπτυξαν ερευνητές, κάνοντας ένα σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση της δημιουργίας αυτόνομων βιορομπότ.

Το 2014 ερευνητικές ομάδες υπό τους Ταχέρ Σαΐφ και Ρασίντ Μπασίρ στο University of Illinois συνεργάστηκαν για την ανάπτυξη των πρώτων αυτοκινούμενων βιορομπότ που κινούνταν και κολυμπούσαν χάρη σε κύτταρα καρδιακών μυών από ποντίκια. Ωστόσο δεν ήταν σε θέση να αντιλαμβάνονται το περιβάλλον τους ή να λαμβάνουν αποφάσεις, σύμφωνα με τον Σαΐφ.

Σε νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences και της οποίας ηγήθηκε ο Σαΐφ, οι ερευνητές επιδεικνύουν μια νέα γενιά ρομπότ με δύο ουρές τα οποία κινούνται με σκελετικό μυϊκό ιστό, που διεγείρεται από κινητικούς νευρώνες. Οι νευρώνες αυτοί έχουν οπτογενετικές ιδιότητες: Όταν εκτίθενται στο φως, οι νευρώνες ενεργοποιούνται και ενεργοποιούν τους μύες.

«Εφαρμόσαμε μια καλλιέργεια κυττάρων οπτογενετικών νευρώνων, που προήλθε από βλαστοκύτταρα ποντικιών, δίπλα στον μυϊκό ιστό» είπε ο Σαΐφ. «Οι νευρώνες προχώρησαν προς τους μύες και δημιούργησαν νευρομυϊκές διασταυρώσεις, και ο κολυμβητής συναρμολογήθηκε μόνος του».

Όταν επιβεβαιώθηκε πως ο νευρομυΐκός ιστός ήταν συμβατός με τους συνθετικούς σκελετούς βιορομπότ, οι ερευνητές επιδίωξαν να βελτιστοποιήσουν τις δυνατότητες των κολυμβητών χρησιμοποιώντας μοντέλα υπολογιστών για να διαπιστωθεί ποιες ιδιότητες θα είχαν ως αποτέλεσμα το ταχύτερο και το πιο αποδοτικό κολύμπι.

The research team includes, from left, professor Taher Saif, graduate student Onur Aydin, graduate student Xiastian Zhang, professor Mattia Gazzola, graduate student Gelson J. Pagan-Diaz, seated, and professor and dean of the Grainger College of Engineering, Rashid Bashir. Credit: Photo by L. Brian Stauffer

«Δεδομένου πως...τα βιορομπότ δεν είναι τόσο ώριμα όσο άλλες τεχνολογίες, δεν είναι σε θέση να παράγουν μεγάλες δυνάμεις» είπε ο Ματία Γκαζόλα, καθηγητής μηχανολογίας, προσθέτοντας πως, για αυτόν τον λόγο, ο έλεγχος της κίνησής τους είναι δύσκολος. «Είναι πολύ σημαντικός ο προσεκτικός σχεδιασμός του “σκαριού” γύρω από το οποίο θα αναπτυχθούν και θα αλληλεπιδρούν τα βιορομπότ για να αξιοποιηθεί στο έπακρο η τεχνολογία και να επιτευχθούν λειτουργίες κίνησης» πρόσθεσε.

«Η δυνατότητα να καθοδηγούμε τη δραστηριότητα των μυών με νευρώνες ανοίγει τον δρόμο για περαιτέρω ενσωμάτωση νευρωνικών μονάδων σε βιοϋβριδικά συστήματα» είπε ο Σαΐφ. «Δεδομένης της κατανόησης του νευρωνικού ελέγχου στα ζώα, ίσως να είναι δυνατόν να προχωρήσουμε με βιοϋβριδικά νευρομυϊκά σχέδια χρησιμοποιώντας μια ιεραρχική οργάνωση νευρωνικών δικτύων» σημείωσε.

Ο Σαΐφ και η ομάδα του οραματίζονται την ανάπτυξη τεχνητών πολυκυτταρικών ζωντανών συστημάτων που θα είναι σε θέση να αντιδρούν «έξυπνα» σε περιβαλλοντικές ενδείξεις για χρήση σε τομείς όπως η ιατρική, τα αυτοεπισκευαζόμενα υλικά κ.α.

Πηγές: “Neuromuscular actuation of biohybrid motile bots” by Onur Aydin, Xiaotian Zhang, Sittinon Nuethong, Gelson J. Pagan-Diaz, Rashid Bashir, Mattia Gazzola and M. Taher A. Saif, 16 September 2019, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.1907051116 - https://scitechdaily.com/microscopic-biohybrid-robots-propelled-by-muscles-nerves-built-by-researchers/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1515643/ybridika-biorompot-pou-kinountai-me-mues-kai-neura