Новый тип миниатюрных биологических роботов или био-ботов увидел свет – новые био-роботы буквально следуют за световым источником.
Подпись к изображению: Миниатюрный био-бот имеет мышечные кольца вокруг гибкого 3D-печатного скелета
Био-боты получают энергию от мышечных клеток, которые были генетически модифицированы таким образом, чтобы реагировать на свет, что дало возможность исследователям управлять движением роботов – а это ключевой шаг к их широкому практическому применению в различных сферах. Результаты исследования, проведённого учёными Университета Иллинойса под руководством специалиста по биотехнологиям Рашида Башира, были опубликовали в Proceedings of the National Academy of Science.
«Свет это неинвазивный способ контроля за этими машинами, — сказал Башир. — Это обеспечивает гибкость в проектировании и движении. Конечной нашей целью является разработка передовых биологических систем, и мы считаем, что управление с помощью света это важный шаг на этом пути».
Команда Башира ранее демонстрировала био-роботов, которые активировались электрическим полем, но использование электричества может вызывать нежелательные побочные эффекты у биологических объектов и ограничивает селективную стимуляцию различных областей мышцы для управления био-ботом, сказал Башир. Новая технология световой стимуляции является менее инвазивной и позволяет исследователям управлять движением био-роботов в различных направлениях. Био-боты могут поворачиваться и идти на световой раздражитель.
Исследователи начали выращивать кольца мышечной ткани из генетически однородных клеток мыши. Мышечные клетки имели добавочный ген, который обеспечивает сокращение мышцы как реакцию на волну определённой длины, свойственной синему свету — это метод называется оптогенетикой. Кольца замыкаются вокруг гибкой скелетной конструкции, напечатанной на 3D-принтере, размером приблизительно от 7 миллиметров до 2 сантиметров в длину (см. видео, показывающее сборку био-роботов и движение (англ.)).
В дополнение к модульной конструкции скелетных мышц тонкие мышечные кольца имеют важное преимущество, позволяя свету и питательным веществам беспрепятственно проникать в ткань со всех сторон. Это отличает их от предыдущих конструкций био-ботов, которые использовали толстую полоску мышечной ткани, выращенную вокруг скелета.
Исследователи экспериментировали со скелетами различных размеров и форм, чтобы найти конфигурацию, обеспечивающую наиболее чёткое движение. Они также подвергали мышечные кольца ежедневному воздействию мигающего света с целью укрепить их, чтобы био-боты могли при каждом сокращении перемещаться на большее расстояние.
«Это гораздо более гибкая конструкция, — сказал Башир. — С помощью колец мы теперь можем соединить любые два сустава или шарнира на 3D-печатном скелете. С помощью света мы можем выбирать направление, в котором должен перемещаться био-бот. Теперь можно использовать эту схему для построения систем высшего порядка».