Разработана новая технология выращивания искусственных мышц для мягких роботов

Ученые Массачусетского технологического института и Тель-Авивского университета разработали метод выращивания искусственной мышечной ткани, которая может стать основой движения гибких роботов.

Мы двигаемся благодаря координации множества скелетных мышечных волокон, которые сокращаются и растягиваются. У нас есть мышцы, которые работают только в одном направлении, а есть и такие, которые образуют сложные паттерны, помогая разным частям тела скоординированно двигаться в разных направлениях.

В последние годы ученые рассматривают живые мышцы в качестве потенциального механизма для "биогибридных" роботов – машин, приводимых в движение искусственно выращенными мышечными волокнами. Такие биороботы могли бы изгибаться и пробираться через пространства, где традиционные машины пройти не могут. Но до сих пор удавалось создавать искусственные мышцы, которые растягиваются и сокращаются только в одном направлении, что ограничивает диапазон движений робота.

В новой работе ученые Массачусетского технологического института и Тель-Авивского университета разработали метод выращивания искусственной мышечной ткани, которая работает в нескольких скоординированных направлениях. В качестве демонстрации ученые вырастили искусственную мышечную структуру, которая тянется и сокращается радиально, подобно тому, как радужная оболочка человеческого глаза расширяет и сужает зрачок.

Работа опубликована в журнале Biomaterials Science.

Исследователи изготовили искусственную радужку с помощью разработанного ими нового метода "штамповки". Сначала они напечатали на 3D-принтере небольшой штамп с микроскопическими бороздками, каждая из которых имеет ширину в одну клетку. Затем они вдавили штамп в мягкий гидрогель и засеяли получившиеся бороздки живыми мышечными клетками. Клетки росли вдоль этих канавок в гидрогеле, образуя волокна. Когда исследователи стимулировали волокна, мышца сокращалась в нескольких направлениях, следуя ориентации волокон.

"Мы считаем, что благодаря конструкции такой диафрагмы нам удалось продемонстрировать первого робота, работающего на скелетных мышцах, который генерирует усилие более чем в одном направлении", – говорит соавтор работы Риту Раман.

Команда считает, что такого рода штамп можно использовать для выращивания сложных образцов мышечных и, возможно, других типов биологических тканей, таких как нейроны и сердечные клетки. Это может помочь не только роботам, но и людям для имплантации здоровых тканей взамен поврежденных.

"Мы хотим создавать искусственные ткани, повторяющие архитектурную сложность настоящих", – говорит Риту Раман.