Πρωτότυπη εννοιολογική εικονογράφηση για το SciNews.eu, δημιουργημένη με τεχνητή νοημοσύνη. Δεν αποτελεί φωτογραφία της μελέτης ή πραγματικού περιστατικού.
Οταν ο κινητήρας είναι ζωντανός ιστός
Μια συνηθισμένη ρομποτική κατασκευή κινείται με ηλεκτροκινητήρες ή άλλους τεχνητούς ενεργοποιητές. Στα βιοϋβριδικά συστήματα, μέρος της κίνησης μπορεί να προέρχεται από καλλιεργημένο μυϊκό ιστό. Ερευνητές του ETH Zurich παρουσίασαν μικρές κατασκευές που πηδούν, κολυμπούν, περπατούν και συλλαμβάνουν αντικείμενα αξιοποιώντας αυτή την αρχή.
Το σημαντικό στοιχείο της εργασίας δεν είναι απλώς η παρουσία ζωντανών κυττάρων. Η ομάδα σχεδίασε μαζί τον μυ και το μαλακό τεχνητό υπόστρωμα, ώστε η παραμόρφωση του ενός να μετατρέπεται αποτελεσματικά σε κίνηση ολόκληρης της κατασκευής. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Communications και παρουσιάστηκε από το ETH στις 22 Οκτωβρίου.
Η γεωμετρία αξιοποιεί τη δύναμη
Οι ενεργοποιητές συνδυάζουν μυϊκό ιστό από κύτταρα ποντικού με σκελετό υδρογέλης, ενός μαλακού υλικού με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό. Υπολογιστικός σχεδιασμός καθόρισε την κατανομή του ιστού και τα χαρακτηριστικά του υποστρώματος. Η ομάδα κατασκεύασε και δοκίμασε τις προτεινόμενες μορφές στο εργαστήριο.
Σύμφωνα με την ανακοίνωση, οι μικρές μονάδες έχουν μήκος περίπου 1,5 εκατοστό. Οι συγγραφείς αναφέρουν σημαντικά μεγαλύτερο εύρος κίνησης από προηγούμενα συστήματα με συγκρίσιμη ποσότητα μυϊκού ιστού. Πρόκειται για σύγκριση συγκεκριμένων ερευνητικών κατασκευών, όχι για ισχυρισμό υπεροχής απέναντι σε κάθε συμβατικό ρομπότ.
Τεκμηρίωση: [1]
Ο μυς δεν λειτουργεί απομονωμένος
Η κίνηση εξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο η δύναμη μεταφέρεται από τον ιστό στο υλικό. Αν η σύνδεση είναι αδύναμη ή η γεωμετρία ακατάλληλη, μια σύσπαση μπορεί να δημιουργεί ελάχιστη ωφέλιμη μετατόπιση. Ο κοινός σχεδιασμός επιτρέπει να αντιμετωπίζεται ο ιστός ως μέρος της μηχανικής λύσης.
Αυτό βοηθά να κατανοήσουμε και έναν γενικότερο κανόνα της ρομποτικής: το σχήμα και τα υλικά ενός σώματος μπορούν να κάνουν μέρος της δουλειάς που διαφορετικά θα απαιτούσε πιο πολύπλοκο έλεγχο. Ενα εύκαμπτο στοιχείο παραμορφώνεται διαφορετικά από έναν άκαμπτο βραχίονα και μπορεί να προσαρμόζεται στην επαφή με ένα αντικείμενο. Η προσαρμογή όμως χρειάζεται μέτρηση και σχεδιασμό· δεν προκύπτει απλώς επειδή ένα σύστημα είναι μαλακό.
Γιατί δεν είναι ακόμη ρομπότ της καθημερινότητας
Ο ζωντανός ιστός χρειάζεται συνθήκες που τον διατηρούν λειτουργικό. Τα συγκεκριμένα πρωτότυπα εξαρτώνται από θρεπτικό διάλυμα. Για μεγαλύτερες και ανθεκτικότερες κατασκευές, η μεταφορά οξυγόνου και θρεπτικών ουσιών στο εσωτερικό του ιστού αποτελεί βασική πρόκληση. Η φυσική μεταβλητότητα των κυττάρων δυσκολεύει επίσης την παραγωγή πανομοιότυπων μονάδων.
Τεκμηρίωση: [1]
Ενα πεδίο στο σημείο συνάντησης των επιστημών
Η αξιολόγηση αυτής της έρευνας χρειάζεται δύο κλίμακες. Στη μικρή κλίμακα, μετρά η απόδοση του ενεργοποιητή. Στη μεγάλη, θα μετρούσαν η διάρκεια ζωής, η τροφοδοσία, η επαναληψιμότητα και η λειτουργία σε μη ελεγχόμενο περιβάλλον. Μια επιτυχημένη επίδειξη απαντά κυρίως στο πρώτο σύνολο ερωτημάτων.
Τα βιοϋβριδικά ρομπότ προσφέρουν πάντως ένα ενδιαφέρον κοινό έδαφος για κυτταρική βιολογία, επιστήμη υλικών και μηχανική. Η σημερινή συνεισφορά είναι συγκεκριμένη: καλύτερος συνδυασμός μυός και τεχνητού σκελετού, ώστε ένα μικρό εργαστηριακό σύστημα να κινείται αποτελεσματικότερα.
