Сили світла: Біоробототехніка в дії

Генна інженерія дозволила створити м'язову клітку, яка скорочується під дією світла. Можливо, такі «приводи» зроблять роботів майбутнього такими ж спритними і гнучкими, як і звичайні тварини.

Про роботи, які так чи інакше запозичують можливості живих організмів і рішення, знайдені самою природою, ми чули вже не раз. Одні з них плавають по-риб'ї, інші - як медузи. Треті «прилипають» до поверхонь, як геккони, четверті бігають на манер гепардів. Розробку, представлену групою професора Гаррі Асади (Harry Asada), роботом поки не назвеш. Але зате вона запозичує у природи набагато глибше. Вчені прямо взяли з неї окремі елементи і, як з конструктора, склали щось нове.

Їх генетично модифікована м'язова клітина здатна скорочуватися у відповідь на світло - з них можна скласти м'язову тканину, активовану світлом, тканину, яка стане відмінною основою для пружних рухів роботів майбутнього. На думку Гаррі Асади, такий підхід повністю розмиває межі між живим і неживим. Професор пропонує називати це «біоробототехнікою».

У такій справі без біологів не обійтися, тож у роботі взяли участь і вчені з Лабораторії біомеханіки під керівництвом Роджера Камма (Roger Kamm). Як об'єкт автори вибрали скелетну м'язову клітку, здатну розвивати більше зусилля, ніж клітини серцевої або гладкої мускулатури. Щоб така клітина скоротилася, їй необхідна зовнішня стимуляція. В організмі цей сигнал дає слабкий електричний імпульс від нейронів. Однак, на думку вчених, для «біоробототехніки» це рішення хоча й ефективне, але буде занадто громіздким і важкокерованим: потрібно підводити по електроду до кожної клітки, мати джерело електроенергії для них і так далі.

Тому автори звернулися до методів оптогенетики: модифікації живих клітин з тим, щоб вони робили певну дію у відповідь на короткочасний вплив світла - наприклад, лазерного імпульсу. Про один цікавий експеримент у цій галузі ми писали нещодавно в замітці «Мавпа під контролем». Тепер вчені, взявши культуру клітин скелетного м'яза (міобластів), впровадили в їх мембрану білкові канали, що реагують на збудження світлом. Потім такі модифіковані міобласти були об'єднані в м'язові волокна і стимулювалися 20-мілісекундними спалахами синього лазера. Все пройшло, як по маслу: точкове підсвічування того чи іншого волокна змушувало його (і тільки його) моментально скорочуватися.

Таким чином, вчені отримали можливість здійснювати бездротовий контроль за скороченнями м'язових волокон. Потім вони зробили наступний крок: виростили ці волокна в гідрогелевій основі, тим самим отримавши штучну тривимірну м'язову тканину, яка реагувала на лазерну стимуляцію, як і очікувалося.

Автори навіть виміряли силу цієї штучної тканини за допомогою спеціального мікромеханічного пристрою, створеного командою Крістофера Чена (Christopher Chen). До речі, такий пристрій можна використовувати і для тренування штучного м'яза: розтягуючись і стискаючись під лазерними імпульсами, вона поступово нарощує зусилля не гірше м'язів атлетів у спортзалі. Більше того, за словами Асади, таке тренування біороботам буде прямо необхідне: їхні м'язи деградують без навантаження точно так само, як і наші.

Особливо перспективною розробка виглядає стосовно мікроскопічних пристроїв. Такі точно контрольовані м'язи дозволять зробити їх по-справжньому маневреними і гнучкими. «Ми можемо розмістити десять ступенів свободи в дуже обмеженому обсязі, менше ніж міліметр, - говорить Асада, - Ніяким актюаторам таке і не снилося». Втім, поки створення таких пристроїв - справа майбутнього, а модифікована м'язова тканина може знайти застосування вже зараз, наприклад, у дослідженні відповідних захворювань і пошуку ліків проти них.

Щодо прес-релізу MIT News Office