Los músculos artificiales son elásticos en múltiples direcciones presentando una vía de robot suave y vigilante

En los últimos años, los científicos e ingenieros han visto el músculo como actores potenciales para los robots “biohríbridos”, que son fibras musculares suaves y de crecimiento artificial. Dichos bio -bares pueden girar desde espacios donde no se pueden hacer máquinas tradicionales. Sin embargo, para la mayoría de las partes, los investigadores solo han logrado formar músculos artificiales que dibujan en una dirección, lo que limita el movimiento de cualquier robot.

Ahora los ingenieros del MIT han desarrollado un método para cultivar tejidos musculares artificiales que giran y la flexibilidad en múltiples direcciones integradas. Como manifestación, aumentó una estructura artificial de poder muscular que atrae tanto la concentración como la radial, como cómo funciona el ojo humano para resbalar y prohibir al estudiante.

Los investigadores dispararon Irris artificial utilizando un nuevo enfoque de “estampado” que crearon. Primero, muestran un pequeño sello de mano con drenajes de microscopio, impresiones 3D en 3D, como cada celda. Luego presionaron las sellos en un hidrogel suave y, en consecuencia, sembraron los drenajes con células musculares reales. Las células crecen dentro del hidrogel, haciendo fibras. Cuando los investigadores alentaron las fibras, los músculos firmaron un contrato en varias direcciones después de la tendencia de la fibra.

“Con el diseño de Aires, creemos que hemos mostrado el primer robot del músculo esquelético para crear un sello”, dice Ritu Raman, profesor de ingeniería de tejidos en la ingeniería mecánica del MIT.

El equipo dice que el sello se puede imprimir con impresoras 3D de tableta y está equipado con varias muestras de desagües de microscopio. Los sellos pueden usarse para desarrollar patrones musculares complicados, y potencialmente otros tipos de tejidos biológicos, como las neuronas y el desarrollo de células cardíacas, que se ven y trabajan como sus contrapartes naturales.

“Queremos crear tejidos que copien la complejidad de los tejidos reales”, dice Raman. “Para hacer esto, realmente necesitas tal salud en tu tela”.

Él y su compañero Journal publica los resultados de su acceso abierto a la ciencia de bio -metarers. Su MIT.

El lugar de entrenamiento

El propósito del laboratorio de Raman en el MIT es diseñar materiales biológicos que imiten la detección, actividad y reacción de tejidos reales en el cuerpo. A gran escala, su grupo intenta aplicar estos materiales biogineeredes a áreas desde medicamentos hasta máquinas. Por ejemplo, está buscando tejidos artificiales que puedan restaurar la función a las personas con lesiones neuromosiculares. También está buscando músculos artificiales para su uso en robótica suave, como los nadadores musculares que pasan a través del agua con elástico como los peces.

Raman lo ha desarrollado previamente, que puede verse como una plataforma de gimnasio y una rutina de ejercicios para las células musculares que crecen desde el laboratorio. Él y sus colegas diseñaron una “alfombra” de hidrogel que alienta a las células musculares a crecer y fusionarse en las fibras sin pelar. También logró una forma de “ejercer” las células en respuesta a los pulsos de la luz al ingeniería de las células. Y, su grupo viene con formas de dirigir las células musculares para crecer en líneas paralelas y paralelas como los músculos naturales y estresantes. Sin embargo, para su grupo y otros, diseñar tejidos musculares artificiales ha sido un desafío que se mueve en numerosos pronósticos.

“Una de las cosas geniales sobre los tejidos musculares naturales es que, no apuntan a la misma dirección. Por ejemplo, toman los músculos circulares de nuestros ER y nuestra tráquea, e incluso dentro de nuestros brazos y pies, los músculos no están enderezados, sino en los músculos, sino en los músculos. “El tejido muscular natural tiene muchas tendencias, pero no hemos podido copiarlo en nuestros músculos de ingenieros”.

Impresión azul del músculo

Pensando en formas de cultivar tejidos musculares multi -dimensionales, el equipo cayó sobre la idea más simple: el sello. Parcialmente impresionado por el clásico gel y moho, el equipo intentó diseñar un sello, que puede imponerse en un hidrogel con muestras de microscopio, como alfombras de entrenamiento muscular que este grupo ha desarrollado previamente. Las muestras del colchón pueden servir como una hoja de ruta, así como las células musculares pueden seguir y aumentar.

“La idea es fácil. Pero, ¿cómo se hace un sello con pequeñas características como la misma celda? ¿Y cómo se sella algo que es suave? Es mucho más suave que el gel de gel y, y esto es algo realmente difícil de lanzar, porque realmente puede romperse fácilmente”.

El equipo trató de cambiar el diseño del sello y finalmente aterrizó en un punto que funcionó increíblemente. Los investigadores dispararon un pequeño sello de mano utilizando instalaciones de impresión de alta precisión en MIT.com, lo que les permitió imprimir muestras complejas de los desagües, de ancho como cada celda muscular, en la parte inferior del sello. Antes de presionar el sello en una alfombra de hidrogel, cubrió con una proteína por debajo de la cual ayudó a la impresión de sellos de manera uniforme en la cárcel y podría ser desgarrada sin pegarse y desgarrar.

Como demostración, los investigadores imprimieron un sello con una muestra muscular del microscopio en el iris humano. Irus contiene un anillo muscular alrededor del discípulo. Este anillo muscular está hecho del círculo interno de las fibras musculares después del círculo exterior de las fibras, después del patrón circular y después de los rayos del sol. Juntos, esta compleja arquitectura funciona para restringir o eliminar al discípulo.

Una vez que Raman y sus colegas presionaron el patrón de Irris en la alfombra de hidrogel, cubrieron el tapete con las células que habían diseñado genéticamente para responder a la luz. En un día, las células cayeron en los desagües del microscopio y después de muestras como el iris, las fibras comenzaron a fusionarse y finalmente crecer en un músculo entero, como un verdadero ers con una arquitectura y un tamaño.

Cuando el equipo alentó a los ER artificiales con pulsos de luz, los músculos se contrajeron en varias direcciones, que son similares al iris en el ojo humano. Raman señaló que el IRUS sintético del equipo está involucrado en las células del músculo esquelético, que están involucrados en movimientos voluntarios, mientras que el tejido humano genuino está hecho de células musculares, que son un tipo de tejido muscular innecesario. Eligieron los patrones del músculo esquelético en un patrón como Irus como el iris para mostrar la capacidad de fabricar los tejidos musculares complejos y multi -facetados.

“En este trabajo, queríamos demostrar que podemos usar un enfoque de sello para hacer un ‘robot’ que pueda funcionar que no pueda ser realizado por los robots de potencia muscular anterior”, dice Raman. “Hemos elegido trabajar con las células del músculo esqueleto. Pero no dejas de hacer nada por hacerlo con ningún otro tipo de célula”.

Ella señala que cuando el equipo usó una técnica de impresión de precisión, el diseño del sello también se puede hacer utilizando impresoras 3D de tableta tradicionales. En el futuro, él y sus colegas han tenido la intención de implementar el método de sellar otros tipos de ventas, así como descubrir métodos artificiales de activación muscular multilateral para diversas arquitectura muscular y trabajo útil.

Raman dice: “Hay comunes en los robots submarinos, si podemos usar robots biológicos suaves, podemos visitar y ser más eficientes que la energía, mientras que totalmente biodegradable y sostenible”. “Lo esperamos”.

Este trabajo fue parcialmente respaldado por la investigación naval de la Oficina de los Estados Unidos, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos y el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos.