Los investigadores han desarrollado dispositivos robóticos blandos impulsados por tejido neuromuscular que se activa cuando es estimulado por la luz, lo que lleva la ingeniería mecánica un paso más cerca del desarrollo de biobots autónomos.
En 2014, los equipos de investigación dirigidos por el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Taher Saif y el profesor de bioingeniería Rashid Bashir en la Universidad de Illinois trabajaron juntos para desarrollar los primeros biobots biohíbridos autopropulsados que nadan y caminan impulsados por células musculares cardíacas derivadas de ratas.
"Nuestro primer estudio con nadadores demostró con éxito que los bots, modelados a partir de los espermatozoides, de hecho podían nadar", dijo Saif. "Esa generación de bots de cola simple utilizó tejido cardíaco que late por sí solo, pero no podían sentir lamedio ambiente o tomar decisiones. "
En un nuevo estudio publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias y dirigidos por Saif, los investigadores demuestran una nueva generación de robots de dos colas alimentados por tejido muscular esquelético estimulado por neuronas motoras integradas. Las neuronas tienen propiedades optogenéticas: tras la exposición a la luz, las neuronas se activan para activar los músculos..
"Aplicamos un cultivo celular de neuronas optogenéticas, derivado de células madre de ratón, adyacentes al tejido muscular", dijo Saif. "Las neuronas avanzaron hacia el músculo y formaron uniones neuromusculares, y el nadador se ensambló por sí mismo".
Después de confirmar que el tejido neuromuscular era compatible con sus esqueletos sintéticos de biobot, el equipo trabajó para optimizar las habilidades del nadador.
"Usamos modelos computacionales, dirigidos por el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Mattia Gazzola, para determinar qué atributos físicos conducirían a la natación más rápida y eficiente", dijo Saif. "Por ejemplo, observamos variaciones en el número de colasy longitudes de cola para un diseño más eficiente del nadador biohíbrido ".
"Dado el hecho de que los actuadores biológicos, o biobots, no son tan maduros como otras tecnologías, no pueden producir grandes fuerzas. Esto hace que su movimiento sea difícil de controlar", dijo Gazzola. "Es muy importante diseñar cuidadosamente elel andamio alrededor de los cuales los biobots crecen e interactúan para aprovechar al máximo la tecnología y lograr las funciones de locomotora. Las simulaciones por computadora que ejecutamos juegan un papel fundamental en esta tarea, ya que podemos abarcar varios diseños posibles y seleccionar solo los más prometedores para probaren la vida real."
"La capacidad de impulsar la actividad muscular con neuronas allana el camino para una mayor integración de las unidades neuronales dentro de los sistemas biohíbridos", dijo Saif. Dada nuestra comprensión del control neuronal en animales, puede ser posible avanzar con el diseño neuromuscular biohíbrido medianteutilizando una organización jerárquica de redes neuronales. "
Saif dijo que él y su equipo visualizan este avance que conducirá al desarrollo de sistemas vivos de ingeniería multicelular con la capacidad de responder de manera inteligente a las señales ambientales para aplicaciones en tecnologías de bioingeniería, medicina y materiales de autocuración.
Sin embargo, el equipo reconoce que, al igual que los organismos vivos, no se desarrollarán dos máquinas biohíbridas para que sean exactamente iguales.
"Al igual que los gemelos no son realmente idénticos, dos máquinas diseñadas para realizar la misma función no serán iguales", dijo Saif. "Una puede moverse más rápido o curarse del daño de manera diferente a la otra, un atributo único de las máquinas vivientes. "
El Centro de Ciencia y Tecnología de la Fundación Nacional de Ciencias - Comportamiento Emergente para Sistemas Celulares Integrados y la subvención de Fronteras Emergentes en Investigación e Innovación de NSF apoyaron esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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