Gli scienziati creano un cyborg della vita reale con muscoli viventi

Mentre un mezzo uomo, mezzo robot potrebbe sembrare l'epitome della fantascienza, è un sviluppare la realtà a un team di ricercatori dell'Università di Tokyo.

Il team ha creato un metodo per crescere e integrare con successo il muscolo vivente in uno scheletro robotico che può funzionare per oltre una settimana.

Il risultato è una macchina simile all'uomo, nota come robot ibrido bioibrido, in grado di svolgere compiti come mettere un anello al dito e raccogliere oggetti.  

Lo studio è pubblicato online in Scienza Robotics.

Robot bioibridi

Il nuovo campo della robotica bioibrida si concentra sull'integrazione del tessuto biologico vivente in macchine, piuttosto che solo metallo e plastica.

A causa della sua funzione e mobilità, il muscolo è stato considerato un componente chiave per i robot ibridi, ma i problemi di conservazione hanno reso difficile lavorare con i ricercatori. Gli sforzi precedenti hanno faticato con la quantità di forza che il muscolo può esercitare prima che inizi a ridursi e a perdere la funzione.

Tuttavia, il team dell'Università di Tokyo ha trovato un modo per aggirare questo problema.

Costruendo muscoli da zero, piuttosto che basarsi sull'estrazione e sull'uso del muscolo già formato dal corpo, i ricercatori hanno raggiunto un tasso di conservazione più lungo.

Inoltre, hanno incorporato i muscoli nel robot come coppie antagoniste, nel senso che, quando un muscolo si contrae, l'altro si rilassa. In questo modo, il robot bioibrido imita funzioni simili a quelle di un essere umano.

Come funziona

Per costruire il robot, i ricercatori hanno dapprima costruito uno scheletro, che include un'articolazione ruotabile, ancore dove i muscoli potevano attaccarsi, e elettrodi per fornire lo stimolo per avviare la contrazione muscolare.

Quindi, si misero al lavoro per far crescere il muscolo.

Per fare ciò, hanno usato fogli di idrogel contenenti cellule precursori dei muscoli chiamati mioblasti, oltre a fori per attaccare i fogli al robot e strisce per garantire che le fibre muscolari si formino in modo allineato.

"Per costruire i tessuti muscolari sullo scheletro del robot, abbiamo assemblato i fogli di idrogel carichi di mioblasto sullo scheletro e li abbiamo coltivati", ha detto Yuya Morimoto, ricercatore associato presso l'università Istituto di scienze industriali e autore principale dello studio. "Abbiamo saputo che la manipolazione dei tessuti muscolari nel mezzo di coltura è difficile, così abbiamo concepito la manipolazione dei fogli di idrogel carichi di mioblasto prima della formazione dei tessuti dei muscoli scheletrici.

Una volta costruito il muscolo, li hanno usati con successo come coppie antagoniste nel robot, lavorando i muscoli come farebbero in un corpo umano.

"Nel robot, le tensioni di una coppia antagonista di muscoli scheletrici sono bilanciate simili al nostro corpo. Pertanto, le contrazioni selettive dei tessuti del muscolo scheletrico hanno raggiunto una grande rotazione dell'articolazione, e il bilanciamento delle loro tensioni impedisce il loro ritiro spontaneo che induce la perdita di contrattilità muscolare ", ha detto Morimoto.

Test del robot

Per testare la funzionalità del robot, i ricercatori si sono concentrati su due applicazioni: avere un robot che raccoglie e posizionare un anello al dito e far lavorare due robot all'unisono per raccogliere una cornice quadrata.

I risultati hanno mostrato che i robot potevano eseguire bene entrambi i compiti, e che con una protuberanza di flessione delle dita di grado 90, potevano imitare le azioni di un dito umano.

"I nostri risultati mostrano che, usando questa disposizione antagonista dei muscoli, questi robot possono imitare le azioni di un dito umano", ha detto Morimoto in una nota. "Se possiamo combinare più di questi muscoli in un singolo dispositivo, dovremmo essere in grado di riprodurre la complessa interazione muscolare che consente alle mani, alle braccia e ad altre parti del corpo di funzionare".

Passo successivo

Attualmente, i ricercatori stanno usando gli elettrodi per indurre le contrazioni muscolari. Tuttavia, credono che in futuro i loro robot ibridi biodegradabili funzioneranno in modo ancora più simile al corpo umano.

"In questa ricerca, abbiamo usato la stimolazione elettrica per indurre le contrazioni muscolari. Tuttavia, la stimolazione elettrica non è un metodo ottimale per i muscoli. In modo simile al nostro corpo, co-coltiveremo i tessuti dei muscoli scheletrici con i motoneuroni e controlleremo la contrazione muscolare dai segnali neurali in futuro ", ha detto Morimoto.

Sono fiduciosi che i loro robot forniranno un modello fisiologicamente rilevante per i futuri studi scientifici. Le potenziali applicazioni potrebbero includere l'utilizzo del robot per valutare lo sviluppo di farmaci e il test delle tossine, secondo Morimoto.

"La tecnologia fornirà conoscenze utili per sviluppare robot bioibridi avanzati per lo studio biologico di un paio di muscoli scheletrici antagonisti", ha affermato.

La Rete Università