Инженеры Массачусетского технологического института создали тонкого мягкого робота, который перемещается в воде благодаря живым мышечным клеткам. Направление и скорость движения устройства регулируются вспышками света. Разработка предназначена для работы в хрупких подводных экосистемах, где жёсткие металлические и пластиковые механизмы могут повредить окружающую среду.
Робот имеет размеры примерно с жевательную резинку и состоит из двух половин тонкого гелевого каркаса, выполняющих роль плавников. Каждая поверхность покрыта мышечными клетками, генетически изменёнными для сокращения под воздействием света. В отличие от прежних био-гибридных машин, для которых требовались объёмные фрагменты выращенной в лаборатории ткани и миллионы клеток, новая конструкция использует слой толщиной менее человеческого волоса.
Освещение одного плавника заставляет клетки одновременно сокращаться, изгибая гель и отталкивая воду. Если направить свет на противоположную сторону, меняется направление усилия, поэтому исследователи могут управлять курсом и темпом движения, изменяя сторону и частоту вспышек. В большой чашке Петри робот следовал за источником света, которым управляли вручную, и проходил простой водный лабиринт. Максимальная скорость составляла около четырёх длин корпуса в минуту; для сравнения, олимпийские пловцы развивают скорость до 65 длин тела в минуту, а медленно плывущая коровья акула движется примерно с такой же скоростью, как робот.
Результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials. Авторами работы стали Маheera Bawa, Arielle Berman, Laura Schwendeman, Ferdows Afghah, Seanbiron Johnson и Ritu Raman, доцент кафедры машиностроения MIT. По словам Раман, мягкие био-гибридные роботы в будущем смогут выполнять деликатные задачи в средах, слишком хрупких или непредсказуемых для обычной техники, поскольку живая ткань реагирует на окружение и способна восстанавливаться.
Для усиления движения команда изменила материал каркаса, его жёсткость, а также форму и размеры направляющих бороздок. В предыдущем варианте использовался сверхмягкий фибриновый гель, который деформировался под действием сокращающихся мышц. Новый каркас изготовили из метакрилата желатина (GelMA), применяемого в тканевой инженерии. Наиболее сильную ткань удалось получить в жёстком геле, где клетки лучше выстраивались и сливались в согласованно работающие волокна; бороздки с квадратным дном оказались эффективнее округлых.
Плёнка GelMA толщиной около 0,5 миллиметра поддерживала один слой мышц, сохраняя лёгкость и гибкость конструкции. Перед испытаниями робота клетки дополнительно «тренировали» повторяющимися световыми импульсами. Сейчас форма устройства намеренно остаётся простой, чтобы оценить возможности тонкого мышечного слоя, а следующим этапом станет оптимизация корпуса для увеличения скорости. Исследование частично профинансировало Управление военно-морских исследований США, сообщает SciTechDaily.