211service.com
Robotachtige pijlstaartroggen gemaakt van rattenhart, algen en plastic vinnen
Wetenschappers hebben een robotachtige pijlstaartrog gemaakt van hartspiercellen van een rat, een skelet van goud, plastic vinnen en door licht geactiveerde algenproteïnen - waarom niet?
Sung-Jin Park leidde het project, dat vandaag in het tijdschrift wordt beschreven Wetenschap . Hij zegt dat de kleine, 16 millimeter lange robots ongeveer een week nodig hebben om te maken, vooral vanwege de tijd die nodig is om de hartspiercellen in de pijlstaartrogvorm te laten groeien. Park is een wetenschapper in het laboratorium van Kevin Kit Parker aan de Harvard University, dat vier jaar geleden een biohybride kwallenrobot . De kwal was onmogelijk te controleren, zegt Park, een uitdaging die hij overwon met de relatief behendige pijlstaartrog.
De robotpijlstaartrog wordt voortgestuwd wanneer hij wordt gestimuleerd met uitbarstingen van LED-licht.
Sung-Jin Park en collega's hebben hun biohybride robot gemodelleerd naar de golvende beweging van de kleine schaats die hier te zien is.
Stralen zijn een ideale blauwdruk voor de volgende generatie autonome onderwatervoertuigen, zegt Keith Moored, een werktuigbouwkundig ingenieur van de Lehigh University in Bethlehem, Pennsylvania. Manta's zijn zeer efficiënte zwemmers, zegt Moore, en het modelleren van hun onderwaterzweefvliegen zou een veelbelovende manier kunnen zijn om energie te besparen. De robot van Park is gebaseerd op een andere roggensoort, maar dezelfde principes zijn van toepassing.
De gerobotiseerde pijlstaartroggen zijn gemaakt in vier lagen op een titanium mal. Een rekbare polymeerlaag wordt met een laser in de vorm van een pijlstaartrog gesneden, gevolgd door een dun gouden skelet. Dit wordt bedekt met een tweede rekbare laag voordat de hartspiercellen worden gezaaid.
Wanneer de hartspiercellen worden geactiveerd, verspreidt het signaal om samen te trekken zich langs de cellen in een lijn. Park lijnde de cellen die hij uit een rattenhart had verkregen uit in een kronkelig zigzagpatroon langs de vinnen van de pijlstaartrog. Hierdoor kunnen de vinnen in golfachtige golvingen bewegen terwijl de samentrekking zich van voren naar achteren verspreidt.
Natuurlijk is de robotpijlstaartrog geen perfecte replica van het echte werk. De spieren van de robot kunnen alleen naar beneden samentrekken. Echte pijlstaartroggen hebben een tweede spierlaag voor grote opwaartse bewegingen, terwijl de robot de elastische energie van het gouden skelet gebruikt om zijn vinnen weer op hun plaats te bewegen. Daarom denken we dat er een prestatiekloof is, en het toevoegen van een tweede laag zou die kloof kunnen dichten, zegt Park.
De spieren worden aangestuurd via licht via een techniek die optogenetica wordt genoemd. Hier wordt het gen voor een eiwit afkomstig van algen in de spiercellen ingebracht. Blauw licht zorgt ervoor dat dit eiwit het spierweefsel activeert.
Dit soort biobot is al eerder gemaakt, maar de pijlstaartrog van Park is beter manoeuvreerbaar. Park leidde de robot met led-verlichting door een eenvoudige hindernisbaan, waaruit bleek dat de pijlstaartrog beter presteert dan andere biohybride robots in snelheid, afstand en duurzaamheid. Toch zijn de pijlstaartroggen niet bepaald Olympische zwemmers, ze reizen slechts 1,5 millimeter per seconde in een hindernisbaan van 250 millimeter.
Wat betreft waarom iemand een kleine robotpijlstaartrog zou willen, zegt Park dat hij gewoon geïnteresseerd is in het biologische model, het maken van deze circuits en het ontwerpen van een signaalpad. Het ontwikkelen van modellen voor hoe geconstrueerde hartweefselcontracten ook kunnen helpen bij het ontwikkelen van toekomstige kunstmatige organen.
Moored zegt dat het gebruik van echte biologische spieren kan leiden tot een uitzonderlijk stille geluidssignatuur in vergelijking met andere technologieën. Dit is belangrijk voor een reeks toepassingen, van het produceren van onopvallende verkenningsvoertuigen tot het ontwikkelen van apparaten die soorten op een niet-invasieve manier kunnen volgen en hun gedrag kunnen observeren, zegt hij.