Ученые создали робота-биогибрида с живыми мышцами

Чешский драматург Карл Чапек первым использовал слово «робот» в своем культовом научно-фантастическом произведении 1920 года «Россумские универсальные роботы». Так называли работников, сделанных из органической материи и вынужденных выполнять черную работу на производстве.

Сегодня слово «робот» используется, чтобы описать совершенно иной тип работника — автоматическое устройство, обычно изготовленное из стали и пластика. Но, возможно, со временем это понятие приблизится к органической концепции, которую придумал Чапек.

Группа исследователей предложила новую конструкцию шагающих роботов с удаленным управлением, которые приводятся в действие выращенной в лаборатории мышечной тканью и светом. Проект описан в статье, опубликованной Science Robotics. Уникальный биогибридный бот даже установил новый рекорд скорости для системы, которая объединяет качества машины с клетками живой ткани.

Замедленная съемка нового биобота, преодолевающего барьеры. Фото в тексте: Yongdeok Kim, Bashir Lab, UIUC

«Нам пришлось по-настоящему перепроектировать и переосмыслить нашу структуру, чтобы различные компоненты могли хорошо работать вместе», — рассказывает Маттиа Газзола, инженер-механик из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (UIUC) и соавтор исследования.

Фактически команде удалось создать одно из самых надежных доказательств концепции робота-биогибрида на сегодняшний день. Эта область по-прежнему остается во многом неизученной, и исследования Газзолы знаменуют собой лишь один шаг к будущему органических киборгов.

Биогибридные роботы — это сплав искусственных и живых частей, научно-фантастическая концепция, воплощенная в жизнь. Этот термин охватывает все — от насекомых-киборгов до крошечных дистанционно управляемых микроорганизмов и механических транспортных средств, приводимых в действие мышечными тканями.

Эта область довольно молода — большинство крупных достижений в области биороботехники произошло за последнее десятилетие или около того.

«На данный момент главный недостаток технологии в том, что она не столь развита, как искусственные аналоги», — объясняет Газзола. Это означает, что биогибриды могут быть более медленными или менее долговечными, чем традиционные машины.

Двуногий бот, которому не требуются батарейки или провода. Фото в тексте: Yongdeok Kim, Bashir Lab, UIUC

Новые биогибридные роботы сочетают в себе три основных компонента: клетки мышечной ткани мыши, мягкий клеточный каркас, напечатанный на 3D-принтере, и беспроводные LED-чипы для управления. Светодиодные чипы используют свет, чтобы стимулировать ткани мыши. Когда мышцы сокращаются, они деформируют каркас, который, благодаря своей асимметричной конструкции, побуждает робота «шагать» вперед.

Этот подход позволяет роботам достичь скорости до 0,83 мм в секунду. Пусть этого недостаточно для гонок NASCAR, это наивысшая скорость, достигнутая биогибридами такого типа.

Конструкция также освобождает робота от проводов или громоздких батарей, поэтому он более мобилен, чем его предшественники. «По сути можно передавать энергию в чип через луч, — говорит Газзола, — так что это означает, что вам не нужно встроенное питание».

Команда даже разработала серию сменных комплектующих в стиле LEGO для различных задач. При их помощи роботы смогут собрать несколько небольших объектов или с легкостью пробраться через них. Исследователи разработали как одноногие, так и двуногие версии устройств, которые были способны маневрировать в лабиринте.

Биороботы могут ощущать определенные стимулы или реагировать на них без необходимости программирования. Фото в тексте: Yongdeok Kim, Bashir Lab, UIUC

Биологические роботы вроде описанного выше имеют ряд явных преимуществ перед полностью искусственными. Например, живые клетки, которые они используют, могут естественным образом воспринимать или реагировать на определенные раздражители, такие как свет, тепло или различные химические вещества, без необходимости программирования.

«Это не тривиальная вещь — создать эквивалентный искусственный аналог», — говорит Газзола. Некоторые биогибридные боты способны исцелять самих себя — или даже размножаться.

В совокупности, эти качества делают биогибриды захватывающей областью исследований как для робототехников, так и для биоинженеров.

Новое исследование дает множество отправных точек для будущих исследований, считает Газзола. Некоторые ученые, возможно, захотят поработать над созданием более быстрых биогибридных роботов, в то время как другие могут заняться настройкой беспроводной системы управления и расширением ее диапазона.

Газзола стремится вырастить и интегрировать нейронные клетки в систему, позволяя ботам самостоятельно производить элементарные вычисления и потенциально управлять собой.

В то время как будущее биогибридных роботов остается неизученным, мы постепенно приближаемся к нему — по одному шагу за раз.

Источник.

Фото на обложке: Thammarat D Chuaychain / Shutterstock