Тонкого биогибридного робота научили плыть и поворачивать с помощью света

В Массачусетском технологическом институте показали, что для движения мягкого робота в воде достаточно слоя живых мышечных клеток толщиной меньше человеческого волоса. Созданный учеными биогибридный аппарат не оснащен мотором: его плавники приводятся в действие вспышками света.

Робот представляет собой тонкую пластину из гидрогеля GelMA толщиной около 0,5 мм. Две ее симметричные части работают как гибкие плавники. На каждой стороне исследователи вырастили светочувствительные скелетные мышечные клетки: после освещения клетки сокращаются, изгибают материал и создают толчок в воде.

Схема управления построена на независимой стимуляции двух плавников. Если подсветить лишь одну сторону, аппарат меняет курс. Одновременное включение света с обеих сторон позволяет ему двигаться прямо. Во время лабораторной демонстрации источник света держали над чашкой Петри и вручную направляли робота через извилистый канал с водой.

Аппарат развивал скорость примерно до четырех собственных длин за минуту. Такой показатель не сопоставим с возможностями обычных подводных роботов, однако эксперимент подтверждает, что двумерная мышечная ткань может создавать достаточную тягу для управляемого плавания. До этого в биогибридных конструкциях чаще применяли более объемные мышечные приводы.

Команда отдельно работала над тем, чтобы заставить клетки сокращаться согласованно. Вместо мягкой фибриновой основы ученые использовали более жесткий гидрогель и сформировали на нем микроканавки. Рельеф помог мышечным клеткам ориентироваться в одном направлении и образовать упорядоченный слой волокон. Ежедневная 15-минутная световая стимуляция дополнительно тренировала ткань: амплитуда изгиба плавников оказалась примерно в четыре раза больше, чем у образцов без такой подготовки.

Разработка находится на ранней исследовательской стадии. У робота нет собственной навигации, источника питания или автономного управления — все маневры требуют внешнего света. Авторы считают, что технология может стать основой для компактных мягких аппаратов, которым нужно безопасно взаимодействовать с деликатной средой, однако до практического применения ей еще далеко.

Источник: New Atlas