ラットの筋肉を動力源とするバイオハイブリッドアカエイロボット

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自然からインスピレーションを得たロボット工学は、最近注目を集めている分野です。 模倣するように設計されたロボットについて報告しました ゴキブリ, サンショウウオ, チーター, ウミヘビ、とりわけ。 基本的に、それが生きている場合、誰かがロボット版を作ろうとしていることになります。 したがって、エイにインスピレーションを得たロボットは、同じように聞こえるかもしれません。 そうではありません。

この小さな水泳ロボットは、ハーバード大学生物工学部の研究者によって作成されました。 Applied Sciences はラットの筋肉細胞を動力源としており、一部がロボットで、一部が生物学的なバイオハイブリッドマシンとなっています。 組織。 これまでの「バイオボット」プロジェクトでは、生物学的アクチュエーターを使用して生産を行ってきました。 動き. しかし、国際的かつ学際的な科学者チームによって開発されたバイオロボットアカエイは、 光によって引き起こされる複雑な推進メカニズムでフィールドを前進させ、バイオボットを操縦することができます。 障害物。 そして、それはこのロボエイを特別なものにするもののほんの始まりにすぎません。

「私たちが実際にやっていることは、心臓を理解するためにロボット工学のツールを使用していることです」とハーバード大学のキット・パーカー教授は語った。 ポピュラーサイエンス。 パーカーは心臓生理学者で、この野心的なプロジェクトを思いついた人です。 長期的な彼の目標は、ロボットアカエイの背後にある技術を利用して、心臓病を持つ子供たちのために人間の心臓全体を構築することです。

組織工学で作られたソフトロボットエイ (左) とライブスケート、*Leucoraja erinacea* (右)。
組織工学で作られたソフトロボットのエイ(左)と小さなスケート靴、 Leucoraja erinacea (右)。 画像提供:カラゲン・ハドソン

パーカー氏のインスピレーションの瞬間は、ニューイングランド水族館で娘がエイを撫でようと手を差し伸べると、エイが泳ぎ去ったときでした。 彼は病気生物物理学グループの博士研究員、ソンジン・パークに直接会いに行き、自分の計画を伝えました。 「私は言いました。光線を作り、ネズミから作り、光で誘導するようにします」とパーカー氏は言う。 「彼の顔には恐怖と悲しみの両方があった。 これがうまくいくと思った恐怖、そして彼が指導者としての私にキャリアのすべてを賭けていたことへの悲しみ。」

それには1年かかったが、最終的にパク氏を説得してそうさせた。 「彼は私の夢のメーカーです」とパーカーは言う。

アカエイは、科学者や技術者からも同様に賞賛される技術で泳ぎます。 数年前、 我々が書きました より優れた潜水艇を設計する目的でアカエイの動きがどのように分析されたかについて。 彼らの水泳の才能の秘密は、平らで丸い形、胸部の波打つ動きです。 ヒレと、それらが生成する「前縁渦」と呼ばれる力は、鳥に力を与えるのと同じ力です。 突っ込み。

この複雑な動きをエミュレートするために、パーカー氏の学際的なチームはさまざまな技術と材料を結集する必要がありました。 あるいは、パーカーが言うように、「ひとつまみのネズミ、ひとつまみの豊胸インプラント、そしてひとつまみの金から作られている」のです。

そして彼は冗談ではありません。

彼らは、透明な弾性ポリマーの層、つまり前述の「乳房インプラント」でロボレイの本体の構築を開始しました。 それから 彼らは、青い光のフラッシュに反応するようにラットの心臓細胞を遺伝的にコード化し、細胞を光線の「ひれ」に沿って蛇行状に並べた。 パターン。 これらの筋肉のおかげでヒレは下方に曲がることができますが、確実に元の位置に戻るように、チームはアカエイの生理機能をリバースエンジニアリングして金でできた骨格を作成しました。 なぜなら、パーカーは「人間と同じように、細胞も金が好きだ」と言っているからです。 ポリマーの最後の層が完成し、バイオハイブリッドエイが完成しました。 長さわずか 16 ミリメートル、重さわずか 10 グラムのこの小さなロボットは、尾の付いた透明なコインに少し似ていました。

彼らは、ラットの細胞に栄養を与えるために砂糖を満たした生理食塩水の中にこの小さなバイオボットを置き、青色光のパルスを照射した。 ラットの筋肉は蛇行パターンに沿って連続的に収縮し、生きたアカエイの泳ぎの動きを模倣する波及効果を引き起こした。 そして最も重要なことは、ロボットを前進させることです。 非対称パルスを当てることで、研究者らは障害物を避けて操縦することができた。

パーカーは、このプロジェクトの作業の大部分をソンジン・パークが担い、彼のクレイジーなアイデアに賛同してくれたと称賛している。 「『言ったじゃないですか』と言うことで、たくさんのことが得られます。」

パーカー氏が考える最大の進歩は、ロボ・レイ内の細胞がアクチュエーターとセンサーの両方として機能することであり、心臓全体を構築するという彼の目標に向けた大きな一歩である。 しかし、このプロジェクトに携わった他の人は違う見方をするかもしれない、それがこの種の学際的な科学の美しさだと彼は言います。

「4人でひとつの作品を鑑賞すると、それぞれがその作品に対して異なる解釈を思いつきます。 この科学でも同じです」と彼は言います。 「心臓生物学者は、心臓がどのように構築されるかについての影響を理解しています。 海洋生物学者はアカエイの動きの意味を理解しています。 そしてロボット工学エンジニアは、細胞を建築材料として使用できる方法を考えています。」

そして残りの私たちは、信じられないほど美しくさえある自然の模倣を見るだけかもしれません。 小さなネズミ、豊胸手術のタッチ、金の散りばめ、これらすべてがどういうわけか組み合わさってバイオロボットの魔法を生み出します。

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