Zwemmende levende robots kunnen zichzelf trainen

Robotici proberen na te bootsen wat natuurlijke biologische entiteiten hebben bereikt:acties zoals bewegen, zich aanpassen aan de omgeving of voelen. Naast traditionele starre robots, is het gebied van zachte robotica recentelijk ontstaan ​​met behulp van meegaande, flexibele materialen die zich efficiënter kunnen aanpassen aan hun omgeving dan starre. Met dit doel voor ogen hebben wetenschappers gewerkt op het gebied van biohybride robots of biobots. Deze zijn over het algemeen samengesteld uit spierweefsel, hart- of skeletachtig, en een kunstmatige steiger die kruipen, grijpen of zwemmen kan bereiken. Helaas zijn de huidige biobots niet in staat om de prestaties van natuurlijke entiteiten te evenaren in termen van mobiliteit en kracht.

Onderzoekers hebben beide uitdagingen overwonnen door bio-engineeringtools te gebruiken. Ze pasten 3D-bioprinting en technisch ontwerp toe voor de ontwikkeling van biobots op het centimeterbereik die kunnen zwemmen en kusten als vissen met ongekende snelheden. De sleutel is het gebruik van de spontane samentrekking van op spiercellen gebaseerde materialen met een zeer flexibel skelet.

In plaats van te werken met stijve of aangebonden steigers om kunstmatige robots voor te bereiden, gebruikten de onderzoekers biologische robots op basis van een flexibele serpentineveer gemaakt van een polymeer genaamd PDMS, dat werd ontworpen en geoptimaliseerd via simulaties en vervolgens geprint met behulp van 3D-printtechnologie. Het voordeel van deze innovatieve scaffold ligt in de verbeterde training en ontwikkeling van het weefsel door mechanische zelfstimulatie bij spontane samentrekkingen, die een feedbacklus creëert door de herstellende kracht van de veer. Deze zelftrainingsgebeurtenis leidt tot verbeterde activering en grotere samentrekkingskracht. Dergelijke kronkelige veren zijn niet eerder opgenomen in een zacht robotachtig levend systeem. Naast het vermogen om zichzelf te trainen, bewogen de biohybride zwemmers op basis van skeletspiercellen zich 791 keer sneller dan de huidige biobots op basis van skeletspieren en waren vergelijkbaar met andere op cardiomyocyten gebaseerde bioswimmers (gebaseerd op hartcellen).

De nieuwe biobots konden ook andere bewegingen uitvoeren. Ze waren in staat om uit te vissen wanneer ze dicht bij het bodemoppervlak werden geplaatst, wat lijkt op de zwemstijl van bepaalde vissen die worden gekenmerkt door sporadische uitbarstingen gevolgd door vrijloopfasen.

Het werk heeft ook toepassingen bij het toedienen van medicijnen en de ontwikkeling van bionische protheses.