Исследователи разработали метод выращивания многонаправленных мышечных приводов. Устройства, которые имитируют свойства естественной мышечной ткани, можно использовать для создания биогибридных роботов с беспрецедентной гибкостью и маневренностью.
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) создали искусственные мышцы, способные двигаться в нескольких направлениях подобно естественным мышцам человека. В качестве примера практического применения технологии ученые вырастили искусственную структуру, имитирующую радужную оболочку глаза. Созданная конструкция способна сокращаться как концентрически, так и радиально, имитируя расширение и сужение зрачка.
Для создания искусственных мышц исследователи предложили метод «штамповки». Они напечатали на 3D-принтере небольшой штамп с микроскопическими бороздками размером с одну клетку. Этот штамп вдавливали в мягкий гидрогель, создавая рисунок, похожий на архитектуру мышц радужной оболочки глаза.
Затем ученые «засеяли» полученные бороздки генетически модифицированными мышечными клетками, формировали волокна различной ориентации вдоль направляющих. Уже через сутки после помещения в гидрогель клетки начали объединяться в волокна, следуя заданному рисунку. Со временем они сформировали целостную мышечную структуру, напоминающую радужную оболочку глаза.
Метод «штамповки» для роста мышечной ткани. Изображение: Tamara Rossy et al., Biomaterials Science
При стимуляции светом (клетки были генетически модифицированы для реагирования на световые импульсы) искусственная мышца сокращалась в нескольких координированных направлениях. Хотя искусственная радужка состоит из клеток скелетных мышц, а не гладкомышечных клеток, как в глазу человека, исследователи выбрали эту модель для демонстрации принципиальной возможности создания сложной, многонаправленной мышечной ткани.
Одна из замечательных особенностей натуральных мышечных тканей — их способность сокращаться в нескольких направлениях. Естественные мышцы имеют множественную ориентацию в ткани, но до сих пор мы не могли воспроизвести это в наших сконструированных мышцах.
Риту Раман, профессор Массачусетского технологического института
Исследователи отмечают, что хотя для создания штампа они использовали высокоточное оборудование MIT.nano, подобные образцы могут быть изготовлены и с помощью обычных настольных 3D-принтеров. Это делает технологию доступной для широкого круга лабораторий.
В перспективе данная технология может найти применение не только в робототехнике, но и в медицине. Исследователи работают над созданием искусственных тканей, которые могли бы восстановить функции у людей с нервно-мышечными травмами. Кроме того, метод штамповки можно использовать для создания других биологических тканей — нейронов, сердечных клеток и других структур, максимально приближенных к естественным.
