Инженеры Массачусетского технологического института создали миниатюрного робота, который передвигается в воде благодаря тонкому слою живых мышечных клеток. Для движения ему не нужны громоздкий двигатель или мощные механические детали. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials, сообщает сайт ScienceDaily.
Основой устройства служит гибкий гелевый каркас размером примерно с жевательную резинку. Он образует два плавника, каждый из которых покрыт слоем мышечных клеток толщиной значительно меньше человеческого волоса. Клетки генетически изменили так, чтобы они сокращались под воздействием света.
Освещая один или оба плавника, исследователи заставляли их двигаться и тем самым управляли роботом. Выбор активируемой стороны определял направление, а частота световых импульсов влияла на скорость. В ходе испытаний аппарат проплыл через простой подводный лабиринт и поворачивал между препятствиями.
Максимальная скорость робота составила около четырех длин его корпуса в минуту. Это значительно меньше показателя олимпийского пловца, способного преодолевать до 65 длин тела за минуту, но сопоставимо с неторопливым движением бычьей акулы. «Для движения в воде требуется гораздо больше силы, чем в воздухе. Робот довольно силен для своего размера», — сказала соавтор исследования, доцент кафедры машиностроения MIT Риту Раман.
Разработка стала первой демонстрацией очень тонкого двумерного робота, способного перемещаться за счет живой мышечной ткани. Обычно биогибридные устройства создают из объемных трехмерных фрагментов выращенных в лаборатории скелетных мышц, для производства которых нужны миллионы клеток. По словам Раман, более тонкая конструкция может оказаться дешевле и эффективнее, а в будущем роботы на основе живых тканей смогут выполнять деликатные задачи в хрупких или непредсказуемых условиях.
Новая система основана на предыдущей работе лаборатории Раман с искусственной мышцей, имитирующей радужку глаза. Тогда ученые разместили клетки на гелевом диске с радиальными и концентрическими бороздками, а свет заставлял ткань сокращаться в разных направлениях. Для плавательного робота исследователи заменили мягкий фибриновый каркас на желатинметакрилат, подобрали более жесткий гель и квадратные канавки, которые лучше выравнивали клетки и помогали им объединяться в сильные мышечные волокна. Пленка толщиной около 0,5 миллиметра выдерживала нагрузку, но оставалась достаточно легкой, а повторные световые импульсы дополнительно укрепляли ткань. Частичное финансирование проекту предоставило Управление военно-морских исследований США.