Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали плавающего робота толщиной с лист бумаги, который передвигается и меняет направление в воде за счёт живых мышечных клеток, управляемых светом. Об этом сообщает SciTechDaily. Устройство описано в журнале Advanced Functional Materials.
Работа в хрупких подводных экосистемах требует мягкого воздействия, которого не могут обеспечить привычные моторы из металла и пластика. Специалисты, создающие технику для таких условий, нередко обращаются к живым тканям и строят биогибридные машины на основе выращенных в лаборатории скелетных мышц. Однако для изготовления таких биологических двигателей нужны миллионы клеток, из-за чего плавающие роботы получаются громоздкими и дорогими.
Команда инженеров MIT обошла эту проблему, создав робота, который приводится в движение слоем живой мышечной ткани тоньше человеческого волоса. Гибкое устройство размером примерно со жвачку состоит из двух половинок тонкого гелевого каркаса, выполняющих роль плавников. Каждая из них покрыта мышечными клетками, генетически изменёнными так, чтобы сокращаться под действием света.
«Чтобы двигаться в воде, а не в воздухе, требуется немалая сила, — отмечает автор исследования Риту Раман, доцент кафедры машиностроения MIT. — Для своего размера робот довольно сильный». Если направить свет на один плавник, мышечные клетки сокращаются синхронно, изгибают гель и отталкиваются от воды. Вспышка света на противоположном плавнике меняет направление усилия. Меняя сторону освещения и частоту вспышек, исследователи управляют курсом и скоростью робота.
В большой чашке Петри аппарат следовал за источником света под ручным управлением и прошёл простой водный лабиринт. На максимальной скорости он проплывал около четырёх собственных длин в минуту. Для сравнения: олимпийские пловцы преодолевают до 65 длин тела в минуту, а коровья акула в спокойном движении плывёт примерно с той же скоростью, что и робот. Новая конструкция стала первым примером очень тонкого двумерного робота на мышечной тяге, способного к перемещению.
«Сегодня биогибридные роботы нашей группы и других коллективов собираются из объёмных трёхмерных фрагментов выращенной в лаборатории скелетной мышцы, для которых нужны миллионы клеток, — говорит Раман. — Мы полагаем, что биогибридные роботы на живой мышце однажды смогут выполнять деликатные задачи, например исследовать среду, слишком хрупкую или непредсказуемую для обычной техники, ведь живая ткань мягкая, откликается на окружение и способна восстанавливаться». По её словам, более тонкие и компактные решения вроде нового аппарата могут оказаться дешевле в производстве и эффективнее в движении.