Pētnieki izveido robotu stingru ar gaismas aktivizētajām dzīvām šūnām

Esoteric Agenda - Best Quality with Subtitles in 13 Languages (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Pētnieki izveido robotu stingru ar gaismas aktivizētajām dzīvām šūnām


Harvardas Bioloģiski iedvesmotās inženierijas institūta Wyss pētnieki ir izmantojuši žurku dzīvās sirds šūnas, lai darbinātu robotu staru.

Pētījums, ko vadīja Sung-Jin Park un profesors Kevins Kits Parkers Harvards, ir novedis pie robotu starojuma, kas balstās uz žurku šūnu kontrakciju, lai kopētu neķītru stingra spuru kustību. Robots ir viena desmitā liela reāla stingra.

Stingrays ir ļoti stabila un efektīva peldēšanas metode. Balstoties uz leņķisko kustību, stublāji rada ceļojošo vilnu no ķermeņa priekšpuses uz aizmuguri. Tas noved pie spēka, kas virzās uz priekšu ūdenī. Šī iemesla dēļ pirms vairākiem gadiem tika pārbaudīti arī stingriys, lai izstrādātu efektīvākus iegremdējumus.

Robotu starojums ir gandrīz viena desmitā daļa no reālās zivis izmēra. Image pieklājīgi no MIT Technology Review

Robotikas Ray struktūra

Robotu muskuļu slānis izmanto aptuveni 200 000 žurku šūnas. Protams, šūnu ievietošana noteiktos apstākļos var radīt lielāku ātrumu un efektivitāti. Zinātnieki pavadīja daudz laika, noņemot staru muskuļus un analizējot tos, lai viņi varētu veiksmīgi atdarināt sinhronizētus viļņus, kas liek dzīvniekam virzīt. Pēc daudziem izmēģinājumiem viņi izvēlējās muskuļu kārtību, kas ir ļoti līdzīga reālās dzīves stingrībai.

Tomēr pastāv liela atšķirība starp robotu un robusta struktūru. Robots ietver tikai vienu žurku šūnu slāni, kas var radīt lejupslīdi, kad tiek noslēgts līgums. Lai radītu augšupceļš, pētnieki uzcēla daudzpāreju zelta skeletu, kas varētu darboties tāpat kā pavasarī. Šis zelta skelets, kas ir uzdrukāts uz plānas polimēru ķermeņa, atgriež spuras tā sākotnējā stāvoklī, kad muskuļi atslābina.

Lai izstrādātu vienkāršu šūnu kontroles metodi, pētnieku grupa pievērsās optogenetics, kurā izmanto gaismas jutīgas molekulas, lai aktivizētu šūnu signālu. Ģenētiski modificējot šūnas, Hārvardas pētnieki sasniedza žurku šūnas, kuras saskaras ar zilās gaismas apgaismojumu. Tā rezultātā gaismas impulsus varētu izmantot, lai ārēji kontrolētu robotu.

Tagad, lai robotu vadītu, pētniekiem vajadzēja impulsu gaismu ātrāk vienā pusē nekā otru. Tas padarītu muskuļus vienā pusē līgumu un atpūsties ātrāk un efektīvi robots varētu savukārt.

Tas aug, plūsmas un kaut kā kļūst vecs!

Tā kā robots balstās uz dzīvām šūnām kā enerģijas avotu, tam vajadzīgs zināms laiks - apmēram septiņas dienas - augt!

Turklāt dzīvās šūnas jābaro. Šūnas iegūst enerģiju no cukura, kas izšķīdināts ūdenī. Patiesībā, stingri runājot, tas nav ūdens: tā ir īpaša barības vanniņa ar nosaukumu "Tyrode's Solution". Šķīdums satur visas nepieciešamās sastāvdaļas, lai degtu šūnas, un tam jābūt siltam, lai šūnas varētu pareizi darboties. Bez šī risinājuma, ja jūs ieliekat robotu ūdenī, tas neko nemainīs neatkarīgi no tā, cik daudz gaismas impulsu uz to attiecas.

Robots, kas ir 16, 3 mm garš un sver aptuveni 10 gramus, var peldēt ar ātrumu 3, 2 mm / s. Tas nav pietiekami ātrs, lai pārtrauktu pasaules peldēšanas rekordu, taču tā ir diezgan laba tik mazai radībai. Kā redzams sekojošā video, pētnieki pielietoja gaismas impulsus un veiksmīgi vadīja robotu ar 250 mm garu kursu.

Pēc tam, kad robots ir pilnībā audzēts, tas var palikt 80% tā efektivitātes tik ilgi, kamēr sešas dienas, ja jūs barojat šūnas.

Prekursors: medūzu robots

Kevins Keits Parkers, Hārvardas universitātes bioinženierzinātņu profesors, ir viens no tiem, kas ir atbildīgi par robotu robotu progresu. Iepriekš Parker tomēr bija izveidojis robotu medūzu, pārklājot sirds šūnas uz silikona kausa. Parkeram, zivju ritmiskā sūknēšana viņam atgādināja par sirdsdarbību. Viņš nolēma sirds muskuļu šūnas ievietot silikona loksnē sekla kauss formā.

Piemērojot elektroenerģiju, šūnas sasniedza līgumus, un līdz ar to tase iespīlēja iekšpusi. Tādā veidā tika ģenerēts dzinējspēks, kas robotai varētu nospiest uz priekšu savā vannā. Līdzīgi kā robotu starojuma projekts, Parker nācās ienirt šūnas sāls un cukura šķīdumā, lai šūnas varētu izdzīvot. Salīdzinājumā ar robotu medūzu jaunais robotu robots ir sarežģītāks.

Robotu starojuma potenciālie pielietojumi

Zinātnieki arvien vairāk interesējas par mākslīgām radībām, kas var veikt noteiktus uzdevumus cilvēka ķermenī. Lai to panāktu, viņiem jāattīsta sensora bagāti audi. Interesanti, ka Harvardas robots izmanto šūnas kā sensorus un izpildmehānismus, un mēs varam sagaidīt, ka šī burvīgā inovācija var sagatavot ceļu daudziem ambicioziem mērķiem.

Pēc Parkera domām, pētījums ne tikai paver ceļu, lai veidotu vairāk progresīvus bio-hibrīdu robotus, bet tas var arī novest pie mākslīgas cilvēka sirds. Ja jūs varat pieturot šūnas un mākslīgos materiālus pulsējošā struktūrā, jūs varat vienu soli tuvināties mākslīgās cilvēka sirds veidošanai.

Profesors atzīmē, ka viņš plāno uzbūvēt mākslīgu sirdi, bet no nakts nav iespējams iet no nulles uz visu sirdi! Parker redz robotu staru un robotu medūzu kā apmācību vingrinājumus, kas var atkārtot dažas sirds funkcijas un atklāt dažus tās noslēpumus.

Turklāt pētījums var palīdzēt jūras biologiem labāk izprast staru peldes veidus.

Parker zvana robotu ray mākslas darbu. Katrs savā starpā redz kaut ko citādu, un tas ir starpdisciplinārās zinātnes skaistums. Viņš pāriet uz savu nākamo projektu, bet atsakās sniegt jebkādas ziņas par to.


Ņemot vērā, ka, pat pievienojot otrajam muskuļaudu slānim Harvardas robotam, ir grūts uzdevums, ir jāgaida garš ceļš, pirms mēs varam redzēt mākslīgo sirdi. Tomēr šī pētījuma sasniegumi ir apbrīnojami.

Mēs varam sagaidīt, ka kādu dienu bioloģiju varētu izmainīt ar citām zinātnes jomām, lai izveidotu sistēmas, kas ir daudz efektīvākas nekā mēs varētu sasniegt bez starpnozaru pieejas.

Sīkāka informācija par pētījumu tiek apspriesta žurnālā Science.

Piedāvātais attēls pieklājīgi no MIT tehnoloģiju pārskata