Ερευνητές του Harvard δημιουργούν ρομπότ που κινούνται με ανθρώπινα μυϊκά κύτταρα

Η ιδέα ότι ένα ρομπότ μπορεί να «ζει» χάρη σε ανθρώπινα μυϊκά κύτταρα ακούγεται ενδεχομένως δυστοπική, ωστόσο, στο Harvard αυτό το σενάριο αρχίζει να παίρνει… σάρκα και οστά. Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τη Su Ryon Shin από το Harvard Medical School δημοσίευσε μια μελέτη που περιγράφει πώς βιολογικοί ιστοί μπορούν να ενσωματωθούν σε συνθετικές δομές, δημιουργώντας μηχανές που κινούνται, προσαρμόζονται και ίσως μια μέρα… αναπτύσσονται όπως οι ζωντανοί οργανισμοί.

Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό International Journal of Extreme Manufacturing, αποτελεί ένα από τα πιο προχωρημένα βήματα στον ταχέως εξελισσόμενο τομέα της βιοϋβριδικής ρομποτικής, μιας επιστήμης που συνδυάζει την μηχανική με τη βιολογία.

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ρομπότ που βασίζονται σε μοτέρ, γρανάζια και υδραυλικά συστήματα, τα βιοϋβριδικά ρομπότ πειραματίζονται με ανθρώπινα μυϊκά κύτταρα ως πηγή κίνησης. Οι ερευνητές εστιάζουν σε δύο είδη μυών: τον σκελετικό, που συσπάται όταν δέχεται ηλεκτρικά ερεθίσματα, και τον καρδιακό, που πάλλεται αυθόρμητα. Κάθε τύπος έχει τα δικά του πλεονεκτήματα για τη δημιουργία φυσικών, ρευστών κινήσεων, αλλά και σημαντικές προκλήσεις.

Έξω από το ανθρώπινο σώμα, οι μυϊκές ίνες είναι εξαιρετικά εύθραυστες. Χρειάζονται σταθερή θερμοκρασία, οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά για να επιβιώσουν, κάτι που περιορίζει σημαντικά τις εφαρμογές τους εκτός εργαστηρίου.

Οι μυϊκοί ιστοί δεν είναι απλώς μηχανικά εξαρτήματα. Είναι ζωντανά συστήματα που απαιτούν φροντίδα και περιβάλλον παρόμοιο με αυτό του ανθρώπινου οργανισμού.

Για να ξεπεράσουν αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές του Harvard ανέπτυξαν τέσσερις κρίσιμες τεχνολογίες παραγωγής: 3D bioprinting, electrofilating, microfluidics και self-assembly. Οι τεχνικές αυτές επιτρέπουν την ακριβή τοποθέτηση και ευθυγράμμιση των μυϊκών κυττάρων πάνω σε μικρο-τεχνητές δομές, βοηθώντας τα να αναπτυχθούν και να συσπώνται συγχρονισμένα. Το αποτέλεσμα είναι μικροσκοπικά δεμάτια ζωντανού ιστού που λειτουργούν ως βιολογικοί ενεργοποιητές, ουσιαστικά, μυϊκά μέρη που μπορούν να κάμπτουν ή να κινούν τμήματα του ρομπότ.

Το μυστικό δεν είναι απλώς να “χτίσεις” το ρομπότ, αλλά να κατευθύνεις την ανάπτυξη των κυττάρων έτσι ώστε να λειτουργούν σωστά. Η απόδοση εξαρτάται από το πώς εκπαιδεύουμε αυτά τα κύτταρα να συνεργάζονται.

Παρά τον εντυπωσιακό χαρακτήρα του επιτεύγματος, τα βιοϋβριδικά ρομπότ παραμένουν εύθραυστα και εξαρτημένα από προσεκτικά ελεγχόμενα εργαστηριακά περιβάλλοντα. Δεν μπορούν να αντέξουν το στρες ή τη θερμοκρασιακή μεταβολή του «πραγματικού κόσμου». Για να τα καταστήσουν πιο ανθεκτικά, οι ερευνητές πειραματίζονται με πολυϋλικά εκτυπώματα που προσφέρουν μεγαλύτερη μηχανική σταθερότητα, πορώδεις «σκελετούς» που διανέμουν οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά στα κύτταρα, καθώς και ευέλικτες αρθρωτές δομές που μπορούν να προσαρμόζονται ή να αυτοεπιδιορθώνονται.

Αυτές οι εξελίξεις δεν αφορούν μόνο τη ρομποτική. Η τεχνογνωσία που αναπτύσσεται μπορεί να αξιοποιηθεί και στη βιοϊατρική όπως για παράδειγμα, στη δημιουργία τεχνητών οργάνων, ιστών ή μικροσυσκευών που αλληλεπιδρούν φυσιολογικά με τον ανθρώπινο οργανισμό.

Το Harvard δεν είναι το μόνο πανεπιστήμιο που δοκιμάζει τα όρια ανάμεσα στη ζωή και τη μηχανή. Το MITπαρουσίασε πρόσφατα τεχνητούς μυς που κινούνται όπως η ίριδα του ανθρώπινου ματιού, ενώ το Carnegie Mellon University ανέπτυξε τα λεγόμενα AggreBots, μικρορομπότ κατασκευασμένα από ανθρώπινα κύτταρα πνευμόνων, τα οποία μπορούν να κινούνται και να αλλάζουν σχήμα ανάλογα με το περιβάλλον. Όλες αυτές οι προσπάθειες συγκλίνουν σε έναν κοινό στόχο: να δημιουργηθούν μηχανές που συμπεριφέρονται σαν ζωντανοί οργανισμοί, ικανές να αντιδρούν με φυσικό τρόπο σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος.

Η βιοϋβριδική ρομποτική βρίσκεται ακόμη στα πρώτα της βήματα, αλλά το όραμα είναι ξεκάθαρο: μια νέα γενιά μηχανών που δεν απλώς εκτελούν εντολές, αλλά ανταποκρίνονται οργανικά στο περιβάλλον τους, αξιοποιώντας την ίδια τη βιολογία για να κινηθούν, να επιδιορθωθούν ή ακόμα και να εξελιχθούν.

[source]