Американські біоінженери вперше створили біобота – робота з штучною м’язовою тканиною довжиною майже в сантиметр, який пересувається як равлик. Даний винахід, як вважають автори статті в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, відкриває дорогу до створення цілого класу біомашин, що володіють високою гнучкістю і рухливістю.
З моменту появи перших роботів в середині минулого століття, головною мрією інженерів завжди було створення машини, яка могла б виконувати всі ті фізичні або розумові завдання, які може робити людина. З цієї причини учені десятиліттями вивчають те, як працює наш мозок, руки та ноги у спробі створити їх механічний і електронний аналог. Ці завдання виявилися значно складнішими, ніж це бачилося на зорі кібернетики – робототехнікам поки не вдається створити повноцінний штучний інтелект, і кінцівки, які б не поступалися в гнучкості, точності і рухливості рук і ніг людини.
Читайте також: Білл Гейтс: «Роботи незабаром залишать багатьох людей без роботи»
Сьогодні все більшу популярність набуває ідея створення принципово інших роботів, зовсім не схожих на класичних андроїдів з романів Азімова або «Зоряних воєн». Зразком для них служить не людина, а різні тварини, в тому числі і найпримітивніші безхребетні істоти. Яскраві приклади цього – літаючий робот-«медуза», плазуючий робот-рятувальник, прообразом якого послужила морська зірка, а також робо-риба, створена в стінах Массачусетського технологічного інституту. Всіх їх об’єднує те, що вони є так званими м’якими роботами – в них немає суглобів або зчленувань, вони повністю складаються з гнучких матеріалів.
Такі машини мають неймовірно високу гнучкість і необмежене число ступенів свободи у порівнянні з класичними роботами, а також помітно простіші у виготовленні. Незважаючи на такі великі плюси, їх розвитку перешкоджає один фатальний недолік – інженерам поки не вдалося створити аналога м’язів тварин, тому м’які роботи буквальним чином прикуті до шлангів гідравлічних або пневматичних систем, без яких вони не можуть рухатися.
Рашид Башир з університету штату Іллінойс в Урбана (США) і його колеги знайшли несподіване рішення для цієї проблеми – вони не стали створювати механічний аналог м’язів, а пристосували живі м’язи для роботи усередині робота і навчилися управляти їх скороченнями. Як відзначають самі винахідники, звичайні м’язи, витягнуті з тіла людини або тварин, не можна використовувати для роботи всередині м’якого робота, так як вони не будуть володіти потрібною формою, силою та іншими властивостями.
Тому біоінженерам довелося створити цілу технологію вирощування штучних м’язів довільної форми з одиночних м’язових клітин. Що цікаво, м’язи вирощуються прямо на поверхні деталей майбутнього робота. Спочатку вчені покривають «неживі» частини майбутнього робота особливою мікросіткою, виготовленої з волокон колагену і фібрину, основних білків сполучної тканини у всіх видів тварин. Потім спеціальний 3D-принтер засіває цю сітку міобластами – стовбуровими клітинами, готовими перетворитися в м’язову тканину – і обробляє пакетом гормонів, які стимулюють їх зростання. Через кілька тижнів на місці білкового шаблону виникає справжній м’яз, сила якого буде залежати від щільності вічок, товщини колагенових «ліній» між ними і інших властивостей сітки.
Використовуючи цю технологію, група Башира створила перший прототип біобота – мікро«равлика» довжиною в шість міліметрів і заввишки в міліметр, рухом якою можна керувати за допомогою електродів або електричного поля. Як і інші м’які роботи, «равлик» виявився надзвичайно гнучким і керованим, легко змінюючи напрямок руху по команді вчених. Швидкість його руху була досить низькою – лише 56 сантиметрів на годину, що в 90 разів повільніше бурого садового слимака.
Читайте також: Роботи-солдати: що чекає світ в недалекому майбутньому?
Тим не менш творці біобота не впадають у відчай і підкреслюють, що це лише перший пробний шар у розвитку нової технології. Навіть у цьому стані він має ключову перевагу в порівнянні з іншими м’якими роботами – робот-равлик Башира і його колег повністю автономни і не вимагає підключення до громіздкої і ненадійною гідравлікі або пневматики. За словами інженерів, подібні автономні мікро-роботи можуть застосовуватися для створення розумних медичних імплантів, систем введення ліків або для будь-яких інших цілей.
В найближчому майбутньому автори статті планують створити нову версію синтетичних м’язів, в яких будуть присутні судини і рухові нейрони. Це дозволить помітно збільшити розміри біоботів, знайти їм більш серйозне застосування і в перспективі створити повноцінну заміну для пошкоджених кінцівок.