Pėsčiųjų biomechanizmas sukurtas iš 3D spausdintuvui atspausdintų elementų ir dirbtinai išaugintų skeleto raumenų • Yulija Kondratenko • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Biomechanika

Pėsčiųjų biomechanizmas sukurtas iš elementų, išspausdintų ant 3D spausdintuvo ir dirbtinai išaugintų skeleto raumenų.

Pav. 1. Vaikščiojimo mechanizmo konstrukcija primena dvi dalis, sujungtas su jungtimi. "Kaulų" ir "sausgyslių" vaidmuo buvo atliekamas 3D spausdintuve išspausdintoje dalyje, raumenys buvo išaugintos laboratorinėmis sąlygomis iš pelių mioblastų. Paveikslėlis iš papildomų medžiagų prie aptariamo straipsnio

Amerikos mokslininkai sukūrė paprastą pėsčiųjų mechanizmą, kuris atkuria dviejų dalių, sujungtų su jungtimi, dalį. Raumenų susitraukimus teikia dvi "kojos", prie galų pritvirtintos prie lanksčios plokštės. Šis paprastas prietaisas juda veikiant elektros impulsams, kurie tam tikru dažnumu patenka į maistinę terpę, kurioje ji yra.

Mes naudojome galvoti apie robotus kaip sudėtingas metalines konstrukcijas su griežtai kontroliuojamu ir nuspėjamu elgesiu. Sukurti tokias mašinas naudojant tradicinius gamybos metodus, ir metodus bei metodus dirbant su medžiaga galima pasiskolinti iš automobilių pramonės ir elektronikos. Tačiau metaliniai robotai nesugeba susidoroti su daugeliu sudėtingų užduočių (juokingas pavyzdys yra neišspręsta kiaušinių pakuočių automatizavimo problema).Be sunkumų atliekant individualias užduotis, metalo robotai turi daugiau pasaulinių problemų, trukdančių jų plačiai paplitusiam priėmimui. Visų pirma standusis kūnas daro roboto dizainą patvarus ir patikimas, bet neapsaugotas aplinkui esančių gyvų būtybių. Metalinių robotų išvaizda butuose ir biuruose gali prireikti sukurti sudėtingą judėjimo sistemą, panašią į greitkelių sistemą, ir net įdiegti tinkamas eismo taisykles. Kita pagrindinė tokių robotų problema yra sudėtinga sukurti daugybę laisvės laipsnių. Metalinių robotų judesiai vis dar yra gana primityvūs, todėl robotų "kūnų" vystymas vis dar gerokai atsilieka nuo jų "smegenų" išsivystymo lygio, kurį programuotojai jau gali išmokyti galvoti protingai lanksčiai.

Atsižvelgiant į tai, atrodo daug perspektyvus naujas robotų kūrimo šakos kūrimas – minkštųjų robotų su lankstesniais korpusais, kurių viduje nėra standžių konstrukcijų. Daugelis tokių robotų dizainerių primena gamtą. Taigi, Italijos mokslininkai sukūrė dirbtinius aštuonkojų tentacelių analogus,o amerikiečių mokslininkai neseniai pastatė minkštą robotų žuvį, judindama įvairios anglies dioksido porcijas į jo kūno ertmes.

Dar labiau įdomus požiūris į minkštųjų robotų kūrimą: bioinžinerija naudojant dirbtinai išaugintus audinius. Taip jau buvo gautas dirbtinis medus, sukurtas iš silicio pagrindo širdies raumens. Tačiau dėl savo sugebėjimo spontaniškai susitvarkyti, širdies raumenys nėra geriausia medžiaga kontroliuojamų elgesio robotai sukurti. Atrodo daug žadanti naudoti skeleto raumenis, sukurtus gamta atlikti savanoriškus judesius, įskaitant sąmoningai kontroliuojamas.

Amerikos mokslininkai iš kelių universitetų pasirinko pačią paprasčiausią savo biomechanizmo konstravimą, iš tikrųjų atkūrę dviejų galūnių dalių, sujungtų jungtimi, įrenginį (1 pav.). Raumenų susitraukimai, pritvirtinti prie galų per dvi "kojas" prie lanksčios plokštės, sulenkti ją. Jei "kojos" yra skirtingos ilgio, tada, kai raumenys yra atsipalaidavę, dizainas daro žingsnį link trumpesnių "kojų".Kojos, atitinkančios sąnario sausgyslių ir juos sujungiančios plokštės, atitinkančios sąnario kaulus, pakeitė vieną gabalą, išspausdintą 3D vandenilio spausdintuve, o dalis, atitinkanti kaulus, buvo mažiau lanksti lankstus

Tada, tarp mechanizmo kojų, peleičių mieloblastų suspensija buvo naudojama gelyje, turinčioje natūralios neakumuliacinės matricos komponentų: laminino, entaktino, kolageno, fibrinogeno ir trombino. Normaliam dirbtinių raumenų veikimui taip pat gali prireikti insulino tipo augimo faktoriaus-1 (IGF-1) ir proteazės inhibitorių, ląstelių išskiriamų fermentų, kurie gali sutrikdyti aplink juos esančios dirbtinės matricos struktūrą. Tokioje matricoje ląstelės gali daugintis, o gauto raumens struktūra yra pakankamai lanksti, kad ją būtų galima sumažinti. Keičiant ląstelių ir matricos komponentų koncentraciją suspensijoje, galima įtakoti raumenų savybes, o IGF-1 kiekio pasikeitimas į terpę turi įtakos jo brendimo greičiui. Svarbu, kad jei tokioje paprastoje sistemoje nėra kraujagyslių, galima gauti tik pakankamai ploną raumenį, kitaip deguonies patekimas į jo centrinę dalį bus sudėtingas (2 pav.).

Pav. 2 Didėjantis dirbtinis raumens biomechanizmas. Ilgio skalės linijos 1 mm. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio

Šis paprastas prietaisas juda veikiant elektros impulsams, kurie tam tikru dažnumu patenka į maistinę terpę, kurioje ji yra. Kiti valdymo metodai gali būti taikomi skeleto raumenų įtaisams, tokiems kaip optogenezinis, kai raumenų susitraukimai sukelia sąlytį su šviesa, gaunama iš tam tikro bangos ilgio (žr. Mahmut Sakar ir kt., 2012 m. Inžinerinių 3D raumenų bioaktyviųjų medžiagų formavimas ir optogenezinė kontrolė). Norėdami tai padaryti, raumenys turi būti išauginti iš mioblastų, į kurias įeina katijoninio kanalo rodopsinas-2 genas, kuris sukelia katijonus į ląstelę, kai yra veikiama mėlyna šviesa. Kai kalcio katijonai patenka į ląstelę, raumenys sutampa.

Biorobotas, valdomas išoriniais signalais, yra perspektyvūs ateities pokyčiai. Šiuo atveju svarbiausias yra modelio paprastumas; tačiau modelis gali būti sudėtingas: pavyzdžiui, pridedant kitų tipų ląsteles. Gerai būtų pasiekti kraujagyslių augimą, kad galėtumėte padidinti raumenų storį, taip pat inervaciją, kuri suteiktų neįtikėtinai įdomių perspektyvų, kad bio-robotai reaguotų į išorinius dirgiklius.Vis dar yra sudėtingos dirbtinių audinių inervacijos situacijos, tačiau kai kurių dirbtinių organų indų augimas yra šiek tiek sėkmingas (žr. "Laboratorijoje išaugintas kepenų uždegimas" pelėmis Elements, 2013 m. Rugpjūčio 28 d.).

Pav. 3 "Centipedes" grindžiamas keleto vaikščiojimo modulių deriniu. Ilgio skalės linijos 2 mm. Paveikslėlis iš papildomų medžiagų prie aptariamo straipsnio

Taip pat galima surinkti juokingus daugiakampius biomechanizmus iš tokių paprastų modulių, eskizų, kuriuos autoriai prideda prie savo straipsnio (3 pav.). 3D spausdinimas jau yra plačiai paplitęs, ir gali būti, kad dienos, kai pramogos bioinžinerijos ratą pasirodys kiekvienoje savigarbos mokykloje.

Šaltinis: C. Cvetkovic ir kt. Skeleto raumenys PNAS. 2014. DOI: 10.1073 / pnas.1401577111.

Julija Кондратенко


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: