Ученые разработали новый тип искусственных мышц, полностью изготовленных из природных белков. Эта технология открывает возможности для создания более совершенных роботизированных имплантов и аугментаций.
Искусственные мышцы уже много лет считаются перспективной технологией, но до сих пор они были слишком уж искусственными. Существующие разработки создавались из пластмасс, нейлона, резины, воскообразных углеродных нанотрубок и других синтетических материалов. Такие мышцы можно применять в робототехнике, но они непригодны для использования в человеческом теле. Новая разработка всё меняет.
Исследователи из Университета Фрайбурга (Германия) создали искусственные мышцы, которые полностью состоят из биологических компонентов. Они сделаны из эластина, природного белка, который придает эластичность человеческой коже и кровеносным сосудам.
Как это работает?
Для начала, команда сделала две вариации белка, которые реагируют на различные стимулы - колебания температуры и кислотности. Затем из них сформировали слои, образующие мышцу, которая могла изгибаться в одном направлении в ответ на один стимул и в другом направлении - в ответ на другой.
В результате получилась искусственная мышца, питающаяся сульфитом натрия, которую можно заставить ритмично двигаться благодаря циклической химической реакции. Процесс запускается при установке температуры в 20 градусов Цельсия. В этом случае изменение баланса кислотности начинает циклически вращать мышцу, заставляя ее сжиматься. Цикл можно отключить, изменив температуру. Такой подход позволяет достаточно легко «программировать» мышцы, настраивая их на работу в ответ на определенные стимулы.
Зачем это нужно?
Как и другие искусственные мышцы, эту разработку можно применять в мягкой робототехнике или протезировании. Но гораздо интереснее то, что белковая мышца полностью биосовместима. То есть, ее можно вживлять в человеческое тело, соединяя с живыми тканями. Мышца может использоваться в для создания имплантатов или реконструктивной медицины.
«Поскольку он получен из природного белка эластина и производится нами с помощью биотехнологических средств, материал обладает высокой устойчивостью, которая также актуальна для технических применений. В будущем этот материал может быть дополнительно настроен для реагирования на другие стимулы, такие как концентрация соли в окружающей среде, и на потребление других источников энергии, таких как яблочная кислота, полученная из биомассы», - говорит доктор Стефан Шиллер, автор исследования.
Описание разработки опубликовано в журнале Advanced Intelligent Systems.
