Учёные всё ближе к созданию роботов, которые смогут не просто двигаться, а буквально жить на мышцах, как живые организмы. Вместо привычных моторов и шестерёнок — живые ткани, реагирующие на сигналы, как мышцы человека.
Исследованием руководит доктор Су Рён Шин из Гарвардской медицинской школы. Её команда из инженеров и биологов объединяет живые клетки с синтетическими структурами, чтобы создать «биогибридных» роботов, способных двигаться, адаптироваться и, возможно, даже расти.
Этот подход относится к стремительно развивающейся области под названием биогибридная робототехника (biohybrid robotics), где ключевую роль играют технологии 3D-печати и тканевой инженерии.
От стали к клеткам
Чтобы заставить таких роботов двигаться, исследователи используют два типа мышц. Скелетные мышцы сокращаются при получении электрического сигнала — так человек двигает руками и ногами. Сердечные мышцы, напротив, бьются сами по себе, обеспечивая плавное и непрерывное движение.
Каждый тип мышечной ткани имеет свои преимущества, но и свои проблемы. Мышцы крайне чувствительны и за пределами организма быстро погибают без питательных веществ, кислорода и подходящей среды.
Создать для них «искусственное тело», где они смогут жить и работать, — одна из главных задач учёных. И здесь на помощь приходят новейшие методы биофабрикации.
Как выращивают живых роботов
В исследовании выделены четыре ключевые технологии: 3D-биопечать, электроспиннинг, микрофлюидика и самосборка. Эти методы позволяют точно размещать клетки, обеспечивая их питанием и кислородом, и формировать из них функциональные мышечные структуры.
«Фабрикация — это не просто процесс сборки, — поясняет доктор Шин. — От того, как мы выращиваем и направляем клетки, зависит, смогут ли роботы двигаться, адаптироваться и жить достаточно долго».
Благодаря этим подходам учёные превращают крошечные пласты живой ткани в микроактуаторы — своеобразные «двигатели» будущих биомашин.
Преодоление хрупкости
Сегодняшние биогибридные роботы пока далеки от совершенства: они хрупкие и способны существовать только в строго контролируемых условиях. Массовое производство таких организмов остаётся трудной задачей.
Чтобы повысить выживаемость, исследователи применяют три стратегии:
- много-материальную печать, придающую конструкции прочность и гибкость;
- питаемые каркасы (perfusable scaffolds), снабжающие клетки питательными веществами;
- модульные конструкции, делающие роботов устойчивыми и адаптивными.
Эти решения могут продлить «жизнь» биогибридных машин и позволить им работать дольше и надёжнее.
Биомашины по всему миру
Гарвард — не единственный центр, занимающийся живыми роботами. В MIT недавно продемонстрировали искусственные мышцы, способные двигаться во всех направлениях и имитировать радужку человеческого глаза. А команда из Университета Карнеги–Меллона создаёт AggreBots — биороботов, основанных на клетках человеческих лёгких.
Если роботы на основе живых тканей станут реальностью, они смогут восстанавливаться, адаптироваться и взаимодействовать с окружающей средой почти как живые существа. Такие системы могут применяться в медицине, биоинженерии и протезировании, открывая путь к более «человечным» машинам.
«Следующее поколение биогибридных роботов преодолеет барьеры масштаба и интеграции. Они будут не просто двигаться, а активно помогать человеческому здоровью», — отмечает доктор Шин.
Возможно, уже в ближайшем будущем роботы перестанут гудеть и скрипеть. Вместо этого они будут дышать, сокращаться и расти — как мы.
Исследование опубликовано в журнале International Journal of Extreme Manufacturing.
