Prelomová biohybridná ruka zlúčila mechaniku so svalovým tkanivom
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 18. 2. 2025
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Kombinácia laboratórne kultivovaného svalového tkaniva so sériou flexibilných mechanických kĺbov viedla k vývoju umelej „biohybridnej“ ruky, ktorá dokáže uchopiť a robiť gestá. Tento prelomový objav ukazuje cestu k novému druhu robotiky s celým radom potenciálnych aplikácií.
V priebehu rokov vzniklo množstvo mäkkých robotov a inšpiratívny rad mechanických protéz, no neexistuje veľa vynálezov, ktoré doslova spájajú ľudské tkanivo so strojmi. Je to pravdepodobne preto, že svet biohybridnej vedy je ešte len v počiatočnom štádiu. Iste, objavila sa umelá ryba poháňaná ľudskými srdcovými bunkami a robot, ktorý identifikoval pachy pomocou tykadla kobylky, ale z pohľadu praktického využitia tejto technológie zostala táto oblasť trochu prázdna.
Teraz však výskumníci z Tokijskej univerzity a univerzity Waseda v Japonsku preukázali prelomový objav, ktorý dokazuje skutočný prísľub tejto technológie.
Na vytvorenie biohybridnej ruky vedci najprv v laboratóriu kultivovali sériu svalových vlákien. Keďže samostatne by tieto tkanivá neboli dostatočne silné na to, aby dobre fungovali bez roztrhnutia, výskumníci ich spojili do zväzkov, ktoré nazvali ako Viacnásobné tkanivové aktuátory alebo MuMuTA. Tieto tkanivá potom pripojili k plastovej ruke vytlačenej na 3D tlačiarni, ktorá má pohyblivé kĺby a meria približne 18 centimetrov.
„Naším kľúčovým úspechom bol vývoj MuMuTA,“ povedal Shoji Takeuchi z Tokijskej univerzity. Takeuchi je spoluautorom štúdie opisujúcej tento výtvor, ktorá bola uverejnená v magazíne Science Robotics. „Sú to tenké vlákna svalového tkaniva kultivované v kultivačnom médiu a potom zrolované do zväzku ako rolka sushi, aby sa vytvorila každá šľacha. Vytvorenie MuMuTA nám umožnilo prekonať našu najväčšiu výzvu, ktorou bolo zabezpečiť dostatočnú kontrakčnú silu a dĺžku svalov na pohon veľkej štruktúry ruky.“
Po pripojení MuMuTA k umelej ruke ich výskumníci stimulovali pomocou elektrických prúdov. Týmto spôsobom sa im podarilo ruku úspešne prinútiť, aby vytvorila nožnicové gesto a uchopila a manipulovala so špičkou pipety.
Azda najfascinujúcejšie zo všetkého však je, že tím zistil, že rovnako ako ľudská ruka sa biohybridný model po použití „unaví“, pričom sila tkaniva časom klesá.
„Aj keď to nie je úplne prekvapujúce, bolo zaujímavé, že kontrakčná sila tkanív sa znížila a vykazovala známky únavy po 10 minútach elektrickej stimulácie, ale obnovila sa už po jednej hodine odpočinku,“ povedal Takeuchi. „Pozorovanie takejto reakcie na zotavenie, podobnej reakcii živých tkanív, v umelých svalových tkanivách bolo pozoruhodným a fascinujúcim výsledkom.“
Takeuchi a jeho tím pripúšťajú, že ich ruka je naozaj skôr len dôkazom funkčnosti konceptu ako použiteľným zariadením a že má pred sebou ešte veľa cesty, kým sa jej funkčnosť zvýši, Napríklad počas štúdie bola celá ruka plávajúca v kvapaline, aby sa kĺby mohli pohybovať s čo najmenším trením. Suspenzia tiež umožnila, aby sa segmenty ruky po ohnutí laboratórne kultivovanými šľachami vrátili späť do neutrálnej polohy, hoci tím tvrdí, že pridanie elastických alebo viacerých MuMuTA orientovaných opačným smerom by mohlo tento problém prekonať.
Napriek tomu výskumníci tvrdia, že zväzovaním tkanív ich vynález prekonáva významnú prekážku v škálovateľnosti biohybridov. Predtým takéto zariadenia nemohli byť väčšie ako približne centimeter, takže 18 centimetrov dlhá ruka je značný skok vpred.
„Hlavným cieľom biohybridnej robotiky je napodobniť biologické systémy, čo si vyžaduje zväčšenie ich veľkosti,“ povedal Takeuchi. „Náš vývoj MuMuTA je dôležitým míľnikom na dosiahnutie tohto cieľa. Oblasť biohybridnej robotiky je ešte stále v plienkach, pričom je potrebné prekonať mnohé základné výzvy. Po vyriešení týchto základných prekážok by sa táto technológia mohla použiť v pokročilej protéze a mohla by slúžiť aj ako nástroj na pochopenie fungovania svalových tkanív v biologických systémoch, na testovanie chirurgických postupov alebo liekov zameraných na svalové tkanivá.“
