Élőlényekhez hasonló viselkedésű robotokon dolgoznak a tudósok
Egy amerikai egyetem tudósai és kutatói olyan gépecskékkel álltak elő, melyek élőlényekhez hasonlóan képesek viselkedni. Az élő és mesterséges részekből álló “biobotok” felhasználása úttörő eredményeket hozhatna az orvostudomány területén. A gépek segíthetnének az orvosoknak a minimálisan invazív műtétek elvégzésében, és akár a rák jellegzetes kémiai jellemzőinek kimutatásában is.
A biohibrid technológia már régóta sci-fi és a tudományos területek egyik főszereplője. A kutatók azonban most azt remélik, hogy valóban létrehozhatják ezeket az élő és mesterséges részekből álló gépeket, amelyek az élőlényekhez hasonló ügyességgel képesek viselkedni.
Az optoelektronikus sejtek felhasználásával lehetővé válna, hogy a kutatók közel példátlan pontossággal tolják és szállítsák a robotok elé helyezett apró tárgyakat. Alternatívaként a fedélzeti számítógépekkel ellátott biohibrideket úgy lehetne programozni, hogy összetett feladatokat hajtsanak végre, és fontos döntéseket hozzanak.
A biobotok hibátlan mozgásának megoldása jelenti a legnagyobb kihívást
A biohibrid eszközök mozgásának irányítása és koordinálása továbbra is nehézségekbe ütközik. Az eszközök számos tervezetben elektromos impulzusokra reagáló izomsejtekből álló lapokat tartalmaznak. Ezeket gen
etikailag úgy is lehet módosítani, hogy fényre is reagáljanak – ez az „optogenetika” nevű technika. Ezt a megközelítést már alkalmazták biohibrid robotok létrehozására, amelyek koordinált mozgással rendelkeznek, beleértve az úszást, a járást, a pumpálást és a fogást.
A problémás rész
Az izomsejtek elektromos áram segítségével történő vezérléséhez a kutatók fémelektródákat használnak. Ezeket invazív módon kell beültetni a kényes élő szöveteken keresztül. A tudósok ezen a ponton ütköznek nehézségbe, ugyanis a beültetésre váró elektródák nem képesek megkülönböztetni az impulzusokkal aktivált sejteket.
Míg az optogenetikus sejtek – amelyeket speciálisan úgy alakítottak ki, hogy reagáljanak a fényre – segíthetnek megoldani ezeket a problémákat, az irányításukhoz használt fényforrásokat nagyon közel kell elhelyezni a megcélzott izmokhoz. Ez rengeteg értékes helyet foglal el, és sokkal nehezebbé teszi az összetett mozgások végrehajtását, amelyekhez nagyon specifikus izomsejtcsoportok szükségesek.
Mindkét eset (a fémelektródák illetve a fényre reagáló sejtek felhasználása)
nagyméretű elemek és csatlakozó vezetékek használatát kívánja, ami nem teszi őket praktikussá.
Egyik kutatócsoport ragaszkodik a fényre reagáló sejtek használatához
Egy amerikai kutatócsoport szerint – az imént említett probléma ellenére – ezekre a kihívásokra az optoelektronika jelenthet megoldást. Úgy vélik, hogy a kifejezetten a fény megtalálására, érzékelésére és szabályozására tervezett elektronikus eszközök használatával érhetnék el a legpontosabb eredményeket.
A robotokat játék kontrollerekkel is tudják irányítani
Az Urbana-Champaign-i Illinois-i Egyetem Rashid Bashir vezetésével a csapat ezt az elképzelést egy új „biobottal” demonstrálta, amely az élő szövetet egy puha, mesterséges vázzal kombinálja. A kutatók a biobotok akadálypályán történő tesztelésekor képesek voltak manuálisan, játék kontrollerekkel irányítani a gépecskéket, amelyek például különböző alakzatok formáját vették fel.
A robotok ezen technikán alapuló működéséről alapos magyarázattal szolgál az alábbi videó:
A biohibrid technológia bemutatásához Bashir csapata olyan szoftvert írt, amely a felhasználói utasításokat a mikro-LED panelek által kibocsátott fényben megjelenő konkrét mintázatokra fordítja.
Ez az izomsejt-szerkezet meghatározott részeinek összehúzódását idézte elő, a mozgásoknak megfelelő módon, beleértve a járkálást és a fordulást.
Bashir és kollégái most azt remélik, hogy a tervezésük jövőbeli továbbfejlesztése lehetővé teheti, hogy a biohibrid gépek a mozgást érzékeléssel és fedélzeti számítástechnikával kombinálják.
Optoelektronikus áramköreik teljesítményének köszönhetően ezek az eszközök a környezetükben lévő ingerek széles skálájára reagálhatnának: a fénytől és a hőtől kezdve az összetett vegyi anyagok és biomolekulák jelenlétéig.
Összességében Bashir és kollégái remélik, hogy eredményeik ígéretes kezdeti lépéseket jelenthetnek a biohibrid gépek új generációja felé. A mérnöki, biológiai és orvosi alkalmazásokban a fejlett elektronika és az élő szövetek összeszövésében rejlő lehetőségek egy nap gyakorlatilag határtalannak bizonyulhatnak.