211service.com
Robotstingrockor gjorda av råtthjärta, alger och plastfenor
Forskare har byggt en robotstingrocka gjord av hjärtmuskelceller från en råtta, ett skelett av guld, plastfenor och ljusaktiverade algproteiner – för varför inte?
Sung-Jin Park ledde projektet, som idag beskrivs i tidskriften Vetenskap . Han säger att de små, 16 millimeter långa robotarna tar ungefär en vecka att tillverka, mest på grund av den tid det tar att växa hjärtmuskelcellerna i stingrocka mögel. Park är en vetenskapsman i Kevin Kit Parkers labb vid Harvard University, som för fyra år sedan gjorde en biohybrid manetrobot . Maneten var omöjlig att kontrollera, säger Park, en utmaning han övervann med den jämförelsevis smidiga stingrockan.
Robotstingrockan drivs framåt när den stimuleras med skurar av LED-ljus.
Sung-Jin Park och kollegor modellerade sin biohybridrobot efter den böljande rörelsen av den lilla skridsko som ses här.
Strålar är en idealisk plan för nästa generation av autonoma undervattensfordon, säger Keith Moored, en maskiningenjör från Lehigh University i Bethlehem, Pennsylvania. Mantor är mycket effektiva simmare, säger Moored, och modellering av deras undervattensglidning kan vara ett lovande sätt att spara energi. Parks robot är baserad på en annan strålart, men samma principer gäller.
Robotstingrockorna är gjorda i fyra lager på en titanform. Ett töjbart polymerskikt laserskärs i stingrockans form, följt av ett tunt guldskelett. Detta täcks med ett andra stretchigt lager innan hjärtmuskelcellerna sås.
När hjärtmuskelcellerna aktiveras sprids signalen att dra ihop sig nedåt i cellerna i en linje. Park anpassade cellerna som han fick från ett råtthjärta i ett serpentin-sick-zagmönster längs stingrockans fenor. Detta gör att fenorna kan röra sig i vågliknande vågformer när sammandragningen sprider sig från framsidan till baksidan.
Naturligtvis är den robotiska stingrockan inte en perfekt kopia av den verkliga affären. Robotens muskler kan bara dra ihop sig nedåt. Faktiska stingrockor har ett andra muskellager för stora uppåtgående slag, medan roboten använder den elastiska energin från guldskelettet för att flytta fenorna tillbaka på plats. Det är därför vi tror att det finns ett prestandagap, och att lägga till ett andra lager kan stänga det gapet, säger Park.
Musklerna styrs via ljus genom en teknik som kallas optogenetik. Här infogas genen för ett protein som härrör från alger i muskelcellerna. Blått ljus får detta protein att aktivera muskelvävnaden.
Den här typen av biobot har gjorts tidigare, men Parks stingrocka visar större manövrerbarhet. Park guidade roboten med LED-ljus genom en enkel hinderbana, vilket visade att stingrockan överträffar andra biohybridrobotar i hastighet, avstånd och hållbarhet. Ändå är stingrockorna inte direkt olympiska simmare, de färdas bara 1,5 millimeter per sekund i en 250 millimeter lång hinderbana.
När det gäller varför någon skulle vilja ha en liten robotstingrocka, säger Park att han helt enkelt är intresserad av den biologiska modellen, att göra dessa kretsar och designa en signalväg. Att utveckla modeller för hur konstruerad hjärtvävnad drar ihop sig kan också hjälpa till att utveckla framtida konstgjorda organ.
Moored säger att användning av riktiga biologiska muskler kan leda till en exceptionellt tyst brussignatur jämfört med andra tekniker. Detta är viktigt för en rad tillämpningar från att tillverka smygande spaningsfordon till att utveckla enheter som noninvasivt kan spåra arter och observera deras beteenden, säger han.