Loading

Що ми зазвичай уявляємо собі, коду замислюємося про роботів? Зазвичай це щось «дзижчить», металеве, можливо, покрите пластиком. Такі роботи зазвичай зроблені з твердих, міцних матеріалів.

З огляду на те, що сьогодні роботи знаходять все більшого поширення поза лабораторією і поступово стають частиною життя звичайних людей, їх будова викликає все більше запитань. Адже якщо металевий робот на повному ходу вріжеться в людини або в тварину, виникає ризик травм.

Більш «дружні» роботи

роботи

Дослідники прагнуть знайти якомога вигідніші вирішення цієї проблеми. Що ж можна зробити з роботом, щоб він не був таким важким, твердим і абсолютно негнучким?

Для традиційних роботів, які працюють від мотора, використовується такий прийом, як «повітряні м’язи». Тобто між мотором і рухомими частинами робота знаходяться пружини, які додають еластичності. Пружина при зіткненні «вбирає» частина енергії, і удар виходить не такий сильний.

У робота-пилососа Румби є бампер, який прикріплений до каркаса на пружинах, таким чином, робот не може пошкодити предмети побуту та меблі, навіть якщо стикається з ними під час роботи.

тканинна інженерія

Існує ще один напрямок дослідницької роботи, яка сфокусована на іншому підході до створення більш «дружніх» роботів. Об’єднуючи механіку і тканинну інженерію, вчені починають створювати роботів, які працюють не від мотора, а від живих клітин і м’язів. Стимулювати ці клітини можна як за допомогою електрики, так і за допомогою світла. Під впливом стимуляторів тканинні клітини скорочуються, що призводить до руху механічного скелета. Таким чином біоробот може пересуватися і при цьому бути таким же «м’яким», як тварина. Біоробот безпечніше для навколишнього середовища, не становлять небезпеки для людей, тварин і навколишніх предметів і завдяки тому, що їм не потрібні батареї, вони набагато легше своїх традиційних попередників.

Як створюються біоробот?

вчені

Вчені вирощують живі клітини, зазвичай засновані на серцевих клітинах лабораторних тварин, на нетоксичних каркасах. Каркас обов’язково повинен підходити для живих клітин, інакше високий рівень токсичності вб’є їх.

Якщо основа або так званий скелет складається з полімерів, то робот, отриманий в результаті процесу, називається біогібрідом, тобто поєднує в собі природні та антропогенні матеріали.

Будова біогібрідних роботів

біогібріди

Якщо вирощувати клітини на каркасі у вільному порядку, вони виявляться розкиданими. Це означає, що коли вони будуть стимулюватися світлом або електрикою, їх скорочення будуть настільки безладними, що в результаті робот виявиться марним.

Щоб краще спроектувати біогібріда, вчені вдаються до мікроструктурірованію. На каркас наносяться крихітні лінії, що складаються з тих субстанцій, до яких вважають за краще прикріплятися клітини різних видів. Під керівництвом цих ліній нова тканина росте на каркасі передбачувано і співвідносні з майбутнім рухом «скелета». Коли клітини вирощені організовано, дослідники можуть розраховувати їх скорочення і направляти рух біогібріда.

Біогібріди, натхненні тваринами

тканина

Група вчених Каліфорнійського технологічного інституту розробила робота-біогібріда, натхненного медузою. Вчені називають своє дітище медузоидов. Біогібрід зовні нагадує медузу – у нього кілька «щупалець», розташованих по колу. На каркас кожного щупальця були прикріплені протеїнові лінії, завдяки яким тканина біогібріда росла так само, як тканину живий медузи. Коли штучно вирощені клітини стискаються під дією світла, щупальця біогібріда рухаються всередину, змушуючи медузоидов плисти вгору, туди, де знаходиться багата поживними речовинами рідина.

Вчені Гарварду навіть продемонстрували управління своїм біогібрідним створенням. Їх робот був створений з генетично модифікованих серцевих клітин і зовні нагадує морського диявола, також відомого під назвою скат Манта.

Клітини були генетично змінені, щоб відповідати на світлові хвилі різної частоти. Права сторона біогібріда відповідає на світло однієї частоти, а ліва – інший. Таким чином, змінюючи частоту світлових хвиль, вчені змушували свого штучного ската не тільки плисти верх і вниз, але і повертатися.

Слабкі сторони біогібрідов

управління

Незважаючи на дивовижний прогрес, досягнутий в цій області останнім часом, вченим ще є над чим працювати. Поки біогібріди не можуть існувати поза лабораторій. Їх клітинам, вирощеним з тканини тварин або птахів, потрібна певна стабільна навколишнє середовище з постійною амбієнтної температурою, що дорівнює температурі тіла. Крім того, клітинам потрібні поживні речовини, щоб підтримувати їх життєздатність.

Можливим вирішенням цієї проблеми є своєрідний захисний панцир, який буде захищати біогібріда від зовнішнього середовища і постійно його підживлювати.

Більш живучі клітки

Ще одне рішення запропонували вчені Університету Кейс Вестерн Резерв, США. Вони вивчають живучого морського молюска Aplysia californica. Цей молюск живе в приливних водах узбережжя і регулярно відчуває зміни температури води і її солоності. Щоб витримати такі щоденні зміни і вижити, цей молюск повинен був розвинути дуже живучі і стійкі клітини.

Вчені цього приватного університету зуміли не тільки виростити клітини морського молюска, а й використовувати їх в якості двигуна свого біогібріда, тим самим довівши, що біоробот можуть бути набагато міцніше. Крім того, що у нового біогібріда більш стійка тканину, він здатний переносити на собі невеликий вантаж.

контроль біогібрідов

створення

Ще однією проблемою у використанні біогібрідов поза лабораторією є неможливість їх самоконтролю. Клітини скорочуються тільки при впливі електрики або світла. У відкритому середовищі такий вплив буде ненаправленим, і біоробот залишиться на милість стихії.

Щоб використовувати біороботів і біогібрідов, потрібно забезпечити їх автономним управлінням, впливає безпосередньо на роботу клітин і рух скелета. Це можливо з використанням нейронних кластерів як органічної, природної і автономної панелі управління.

Використання біороботів

Незважаючи на те, що вся галузь перебуває тільки на початку свого шляху, вчені вже планують можливі варіанти використання біогібрідов. Наприклад, біоробот на основі морського молюска можуть використовуватися для пошуку токсичних речовин у водоймах. Завдяки біологічними властивостями, якщо робот зламається або буде з’їдений більшими представниками морської фауни, він не заподіє їм шкоди, на відміну від традиційних металевих або пластикових роботів.

Можливо, в недалекому майбутньому вченим вдасться створити біогібріди на основі людської тканини. Такі мікророботи можуть використовуватися в лікуванні кардіоваскулярних захворювань і аневризми. Їх використання буде повністю безпечно для організму, особливо якщо в якості основи використовувати органічні матеріали. Такі роботи зможуть доставляти ліки прямо до пункту призначення, без хірургічного втручання і складних операцій.

Сьогодні можливе створення тільки біогібрідов невеликого розміру, проте, якщо вченим вдасться штучно виростити кровоносну систему, стане можливим створення роботів великих розмірів, які будуть приводитися в рух м’язовою системою.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Top