Подселение "чужих": биороботы будут внедряться в организм человека
Американские ученые из Университета Иллинойса представили биороботов нового поколения: в движение их приводят живые мышечные клетки, а управляются они электрическими импульсами. Новые устройства будут использовать в мобильных автономных датчиках, реагирующих на появление токсинов, для создания роботов-хирургов, "умных" имплантатов. О разработке сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Команда инженеров-биологов под руководством Рашида Башира давно пытается объединить живой организм с робототехникой. Два года назад исследователи продемонстрировали миниатюрных биороботов, передвигающихся за счет работы живых клеток сердечной мышцы крысы. Конечно, проект был по-своему уникальным, но у него был существенный недостаток: такие клетки постоянно сокращались, и из-за этого движениями робота было сложно управлять. Между тем для последующего эффективного использования важно научиться быстро включать и выключать устройство, ускорять и замедлять его действия.
Теперь Рашид Башир и его коллеги представили новую усовершенствованную модель, в которой вместо сердечных используются клетки скелетных мышц. На дизайн изобретения ученых вдохновили природные комплексы мышц, сухожилий и костей. По сути конструкция работает по аналогии с живым организмом. К каркасу с помощью простого приспособления крепится полоска мускулов, которые функционируют за счет внешних электрических импульсов, а сухожилия присоединяют мышцы к костям.
Клетки скелетных мышц позволили биороботу двигаться более свободно, и одновременно увеличили возможность контроля устройства. Скорость движения зависит от частоты электрических импульсов: чем они выше, тем энергичнее движения системы, причем частоту можно легко варьировать. Использование трехмерного принтера и технологий трехмерной печати позволило исследователям быстро приспособиться к производству биомеханизмов с высокой точностью и легко экспериментировать с их конструкцией, добиваясь максимальной скорости перемещения.
Рашид Башир рассказывает, что со временем устройство будет дополняться и совершенствоваться. В частности, на следующем этапе в конструкцию встроят нервные клетки, за счет чего биороботами можно будет управлять не только с помощью электрического поля, но также с помощью света и химических соединений.
"Мы пытаемся объединить технику и биологию, чтобы использовать результаты таких соединений в устройствах нового поколения, применяемых в самых разных сферах - начиная от суперсовременного медицинского оборудования и заканчивая экологическими системами, - говорит руководитель исследования Рашид Башир. - Если мы научимся использовать биологические преимущества, то создадим множество инноваций, которые кардинально изменят мировую медицину и инженерию".
Новые биороботы ориентированы, прежде всего, на медицину. В частности, они будут широко применяться в хирургии - позволят корректировать лишь проблемную зону, не затрагивая другие органы и ткани, что значительно сократит продолжительность операционного процесса. Устройства станут также основой высокотехнологичных имплантатов, будут быстро и эффективно доставлять в организм лекарственные препараты. Как показали опыты, биороботы успешно справляются с очисткой человеческого организма от токсинов. Кроме того, технологию будут использовать в качестве основы конструкции автономных мягких роботов-осьминогов, способных погружаться на морcкое дно и вести сложнейшие поисково-исследовательские операции.
