Нейроны управляют мышечными клетками, приводящими в движение гибкий каркас.
Иллюстрация Michael Vincent.
Инженеры создали роботов, которые приводятся в движение живыми мышечными клетками и управляются настоящими нейронами.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале PNAS группой во главе с Тахиром Саифом (Taher Saif) из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне.
Гибридные роботы, представляющие собой систему из механизма и живых клеток, – популярная тема исследований. Инженеры стремятся использовать в своих нуждах технические решения, наработанные самой природой за миллиарды лет биологической эволюции.
В 2014 году группа Саифа создала хвостатые устройства, плавающие, как сперматозоиды. В движение их приводили мышечные клетки сердца крысы. Напомним, что подобные клетки самопроизвольно сокращаются, даже если они выращены в искусственной среде вне организма.
"Наша первая работа [по разработке таких] пловцов успешно продемонстрировала, что роботы, созданные по образцу сперматозоидов, действительно могут плавать", – рассказывает Саиф.
Однако система, движением которой нельзя управлять, не так уж полезна. Поэтому на сей раз инженеры внесли усовершенствование в своё детище.
В новых роботах используется мышечная ткань обычных скелетных мышц на мягком каркасе из искусственных материалов. Ею управляют генно-модифицированные нейроны, вырабатывающие белок, чувствительный к свету. Воспринимая световой сигнал, нервные клетки отдают мышечной ткани команду, и движение начинается.
"Способность управлять мышечной активностью с помощью нейронов прокладывает путь для дальнейшей интеграции нейронных единиц в биогибридные системы", – отмечает Саиф.
В будущем команда надеется снабдить роботов более сложной нервной системой, что сделает их поведение более гибким.
Любопытно, что такого робота не нужно собирать, поскольку он буквально собирается сам. Мышечные клетки самостоятельно организуются в ткань. Стволовые клетки мыши превращаются в нейроны и прорастают в "мышцы" своими отростками.
"Мы использовали оптогенетическую культуру нервных клеток, полученных из стволовых клеток мыши, прилегающих к мышечной ткани, – рассказывает Саиф. – Нейроны соединялись с мышцами и образовывали нервно-мышечные соединения, и "пловец" собирался сам".
Каждый робот имеет два подвижных хвоста. Как показало компьютерное моделирование, такая конструкция обеспечивает оптимальные ходовые качества.
Исследователи рассчитывают, что подобные миниатюрные помощники пригодятся, например, медикам.
Любопытно, что роботы, в состав которых входит живая ткань, обладают непременным качеством живых организмов: индивидуальностью.
"Подобно тому, как близнецы не являются по-настоящему идентичными, две машины, предназначенные для выполнения одной и той же функции, не будут одинаковыми, – предупреждает Саиф. – Одна может двигаться быстрее [другой] или лечить [пациента] от повреждений не так, как другие. Это уникальное свойство "живых машин".
Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о тараканах-киборгах и растениях с вживлёнными датчиками.
