Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв в создании биогибридных роботов — машин, использующих лабораторно выращенные мышцы в качестве исполнительных механизмов. Такие роботы могут сжиматься, изгибаться и проникать в узкие пространства, недоступные для традиционных механизмов.
Проблема однонаправленного движения
Одним из главных препятствий на пути к созданию полноценных биогибридных систем было ограничение искусственных мышц, которые могли сокращаться только в одном направлении. Это напоминало роботизированную руку, способную только сгибаться, но не вращаться.
Учёные MIT нашли решение этой проблемы, разработав роботизированную систему, имитирующую движение радужной оболочки глаза. В качестве демонстрации они создали структуру, способную сокращаться как по кругу, так и наружу.
Методика «штамповки»
Для создания искусственной радужки исследователи применили новую технику, названную «штамповкой». Они напечатали на 3D-принтере миниатюрный штамп с микроскопическими бороздками и прижали его к мягкому гидрогелю, формируя шаблон для роста мышечных клеток. Затем в эти бороздки заселили реальные мышечные клетки, которые начали формировать мышечные волокна.
При стимуляции мышцы сокращались, вызывая движение волокон в разных направлениях. Как отметила профессор Риту Раман из MIT, эта методика позволила создать первый в своём роде робот с мышечными волокнами, генерирующими силу в нескольких направлениях.
Искусственные мышцы, подобные радужке глаза
Учёные напечатали штамп с микроразмерами, соответствующими отдельным мышечным клеткам. Для равномерного переноса рисунка и предотвращения повреждений они покрыли штамп белком перед его вдавливанием в гидрогель. Это обеспечило точное воспроизведение узора и облегчило извлечение штампа без разрушения структуры.
Затем исследователи использовали генетически модифицированные клетки, реагирующие на свет. Уже через 24 часа клетки начали объединяться в мышечные волокна, следуя заданному узору. При световой стимуляции искусственная радужка сокращалась в нескольких направлениях, подобно настоящей радужной оболочке глаза.
Этот эксперимент доказал, что возможно создавать сложные, многонаправленные мышечные ткани. Как подчеркнула Раман, методика штамповки применима не только к скелетным мышцам, но и к другим типам клеток.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Biomaterials Science.
