Идея использовать сердце крысы для создания ската с помощью технологий тканевой инженерии впервые пришла в голову Кевину Киту Паркеру, когда он пришел со своей дочерью в бостонский Аквариум Новой Англии.
Четыре года спустя киборг-скат, который управляется за счет световых сигналов, попал на обложку журнала Science и продолжает расширять представления о возможностях устройств, работающих на живых клетках.
Команда исследователей в группе по биофизике заболеваний Гарвардского университета, которой руководит Паркер, создала прозрачного ската диаметром меньше 2 см с золотым скелетом и силиконовыми плавниками, покрытыми клетками сердечной мышцы крысы. Робот на дистанционном управлении контролируется мигающими сигналами синего света. Каждая вспышка передает сигналы клеткам, которые реагируют на них за счет генетической модификации. Сокращение и расслабление тканей позволяет роботу перемещаться подобно настоящему скату.
Паркер также исследует биологию клеток сердца, поэтому проект стал одним из способов узнать больше об анатомии сердца человека и немного приблизиться к созданию искусственного органа. С другой стороны, междисциплинарный проект интересен также с точки зрения, например, биологии морских организмов и робототехники. Робототехникой Паркер не занимается, но, будучи ветераном войны, дважды принимавшим участие в боевых действиях в Афганистане, он понимает, что подобные разработки могут сыграть значительную роль в развитии устройств для опасных миссий. Он считает, что рано или поздно биогибридные механизмы станут реальностью и позволят спасти жизни солдат, например, занимаясь поиском взрывных устройств.
Когда четыре года назад Паркер впервые попросил исследователя из постдокторантуры Сон-Чин Пака помочь ему создать ската, ученый сомневался в успехе предприятия. Действительно, проект оказался сложнее и дороже – по словам Паркера, сумма составила почти миллион долларов – чем представлял кто-либо из участников. Инженеру-механику Паку пришлось заняться молекулярной и клеточной биологией. Команда привлекла экспертов из разных областей, включая ихтиолога, чтобы понять и воспроизвести мышечную структуру и биомеханику ската. В прошлом месяце результаты исследования были опубликованы в журнале Science.
Роботы с биологическими элементами – это не новая идея, предшественником ската была медуза, также созданная по технологиям тканевой инженерии, в разработке которой Паркер участвовал в 2012 году. Тогда целью проекта было понять механизм сокращений сердечной мышцы. В данном случае, однако, одним из важных аспектов проекта является анатомия – за счет использования света ученым удается управлять клетками без нервной системы. Это может оказаться стимулом для новых исследований автономных механизмов, частично состоящих из живых клеток. Ученые даже говорят о том, что в будущем будет возможно, например, запустить таких скатов в сточную трубу, чтобы измерить уровень кислотности.
В лаборатории в Гарварде уже создали более 200 скатов, которые, тем не менее, не отправятся ни в трубу, ни в океан. Роботы плавают в теплом растворе с сахаром и солью, клетки не смогли бы выжить вне этой среды – это и не предусматривалось. В будущем, возможно, при необходимости, получится заключить раствор под кожу такого механизма, обеспечив некое подобие системы кровообращения. Питание от аккумуляторов – это серьезная проблема в робототехнике, особенно в случае с маленькими и легкими устройствами, тогда как живая система на основе глюкозы сможет продлить срок работы робота и позволит ему выполнять более долгие миссии.
Комментарии
(0) Добавить комментарий