Надихаючись неповторністю живих організмів нашої планети, робототехніка докладає чимало зусиль для повторення самих рухів живих істот. Ми писали про це у статтях про дельфінів та голубів, які зачаровували сучасних художників та інженерів.
Для імітації моторних функцій, залучених до бігу, плавання та стрибків, роботів конструюють із гнучких пластиків та легких металів типу алюмінію. Це дозволяє механічним створінням плавно рухатися, долати перешкоди, пересуватися під водою і навіть пересувати предмети.
Утім, живі тканини є живими тканинами, і їх донині не змогло перевершити жодне технологічне відкриття. Через це робототехніка розвиває паралельний – гібридний – напрям, в якому об’єднує властивості біологічних та штучних тканин у механічних створіннях.
Суть у тому, що серцеві тканини забезпечують ритмічні скорочення м’язів, не вимагаючи при цьому зовнішніх пристроїв-стартерів для запуску рухів. Утім, частота скорочень все ще пасе задніх.
Водночас руховий апарат живих істот, а точніше його м’язи, забезпечують досить широкий спектр рухів. Такі гібриди здатні на регулярні скорочення протягом 35 тижнів поспіль, але потребують зовнішнього механізму керування. У рухового апарату, себто в хребетних м’язів, за скорочення відповідає стовбур мозку та сам спинний мозок.
Надрукований скелет майбутнього біоробота.
Звісно ж, наша нервова система – ідеальна з точки зору механіки, тож електричні поля, світло чи хімічні препарати навряд колись зможуть її відтворити. Утім, нова робота дослідників з Університету Іллінойсу показала гібридного біоробота з непоганими результатами. Його штучними м’язами керує справжній спинний мозок. Щоправда, колись він належав щуру з каналізації, який тусувався із черепашками.
Поперечний переріз спинного мозку щура із нейронами.
Під час низки експериментів науковці дослідили поперек хребта новонароджених щурів. Згодом на 3D-принтері надрукували м’язові тканини, вирощені на штучних стовпчастих сухожиллях, зроблених з поліетиленгліколю. Потім м’язи поєднали із нейронами спинного мозку щура.
Вже за тиждень після імплементації спинного мозку, рухові нейрони проросли крізь штучні м’язи й почали проявляти електричну активність, викликаючи м’язові скорочення. Простіше кажучи, спинний мозок відтворив діяльність нервової системи тіла, перебуваючи поза тілом.
Медицина вже давно вивчає здатність спинного мозку проявляти рядову активність поза тілом. Найбільше ресурсів витрачається на вивчення хвороби Лу Геріга, себто бічного аміотрофічного склерозу. Це захворювання спричиняє загибель нейронів, і, як наслідок, втрату функціональності рухового апарату.
З’єднання біологічного спинного мозку щура та штучних м’язів.
У зв’язку з цим постала потреба у заміні м’язів спинного мозку гібридною системою, де «хворі» нейрони взаємодіятимуть зі здоровими тканинами. Біоробот також стане у пригоді майбутнім хірургам, що навчаються операцій, та вченим для розробки вузькоспеціалізованих медичних препаратів.
