Инженеры Массачусетского технологического института создали тонкого робота-пловца, приводимого в движение живыми мышечными клетками. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials. По данным сайта MIT News, устройство стало первым двумерным роботом такой малой толщины, способным перемещаться благодаря мышечной ткани.
Основой робота служит плёнка из геля размером примерно с жевательную резинку. Её две половины образуют плавники, покрытые слоем живых клеток, толщина которого меньше диаметра человеческого волоса. Клетки генетически изменили так, чтобы они сокращались под воздействием света.
Освещение одного плавника заставляет мышцы сокращаться и двигать робота в воде. Направление и скорость движения исследователи регулируют, меняя сторону и интервалы подачи света. В эксперименте устройство прошло простой водный лабиринт, следуя за источником освещения.
Максимальная скорость робота составила около четырёх длин его корпуса за минуту. Для сравнения, олимпийские пловцы преодолевают до 65 длин тела за то же время, тогда как бычья акула перемещается примерно с такой же скоростью, как экспериментальный аппарат. «Для движения в воде требуется гораздо больше силы, чем для движения в воздухе. Для своих размеров робот довольно силён», — сказала соавтор исследования Риту Раман, доцент кафедры машиностроения MIT.
Чтобы усилить движение, учёные оптимизировали материал, на котором выращивали клетки. Вместо фибрина использовали желатинметакрилат — материал, применяемый в тканевой инженерии, — и проверили разные составы, жёсткость и толщину геля, а также форму нанесённых на него бороздок. Наиболее эффективными оказались квадратные углубления и плёнка GelMA толщиной 0,5 миллиметра: клетки выстраивались ровнее, объединялись в волокна и создавали большее усилие. Дополнительные световые тренировки помогли укрепить мышечную ткань.
В конструкции робота два независимых мышечных слоя расположены на противоположных плавниках, поэтому освещение одной стороны приводит в движение только её. Сейчас исследователи намерены изменить форму корпуса, чтобы повысить скорость плавания, а в перспективе рассматривают применение подобных устройств для экологического мониторинга водной среды. Работа частично финансировалась Управлением военно-морских исследований США.