Биогибридные сканеры можно контролировать с помощью оптогенетических методов

Известно, что движения тела, выполняемые людьми и другими животными, подтверждаются несколькими сложными биологическими и нервными механизмами. В то время как роботисты пытались разработать системы, которые имитируют эти механизмы на протяжении десятилетий, процессы, движущие движения этих систем, остаются очень разными.

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, Северо-Западном университете и других институтах недавно разработали новые биогибридные роботы, которые объединяют живые клетки от мышей с 3D-печатными гидрогельными структурами с беспроводной оптоэлектроникой.

Эти роботы, представленные в бумага Опубликовано в Научная робототехникаиметь Нервно -мышечные соединения где нейроны можно контролировать с использованием оптогенетических методов, эмулируя нейронные механизмы которые поддерживают человеческие движения.

«Эта статья является важным следующим шагом в нашей работе над биогибридной робототехникой, охватывающей за последние 15 лет»,-сказал доктор Рашид Башир, старший автор газеты и профессор биоинженерии, а также декан инженерного колледжа Грейнджера в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.

«Мы продемонстрировали важную веху использования нейронов для контроля мышц и, следовательно, движения этих ползающих биогибридных роботов».

У людей добровольное движение определенных частей тела контролируется мозгом. В частности, известно, что нейроны контролируют мышцы, генерируя силу, которая вызывает применение и движение.

Доктор Башир и его коллеги пытались воспроизвести этот важный физиологический процесс в миниатюрных биогибридных роботах.

“Еще одна цель нашего исследования состояла в том, чтобы показать, что мы можем оптически стимулировать и тренировать нейронная тканьИспользуя встроенные беспроводные микрорежиры, разработанные профессором Джоном Роджерсом Группой в Северо-Западном университете, чтобы изменить скорость движения биогибридных роботов »,-сказал Башир.

Биогибридные роботы, разработанные исследователями, основаны на Полимерный каркас Это может быть легко изготовлено с помощью технологии 3D -печати. Этот каркас был тщательно разработан с использованием передовых методов моделирования и моделирования от группы профессора Юнганга Хвана в Северо -Западном университете.

Затем команда усилила каркас на основе полимеров, выращивая биологические мышечные ткани вокруг него, используя методы биогибридной ткани.

По сути, они дифференцировались стволовые клетки от мышей в Моторные нейроны и посеял их на 3D-печатных структурах, в которых мышечные ткани также дифференцировались и выращивали с использованием богатых питательными веществами среды, чтобы вызвать их пролиферацию и образование нервно-мышечного соединения.

«Живые мышцы сокращаются на стимуле (электрический, оптический или из нейрона), и если каркас разработан надлежащим образом, то роботы движутся в определенном направлении», – объяснил Башир.

«Широкий интерес и причины для разработки этих живых машин состоит в том, чтобы изучить правила проектирования биогибридных машин и живых клеток и потенциально использовать такие преимущества, как биоразлагаемость, низкое потребление энергии, обучение и возникающие свойства».

Недавнее исследование, проведенное Баширом и его коллегами, может вскоре вдохновить других роботистов и генетиков создавать аналогичные биогибридные роботизированные системы. В будущем эти системы могут оказаться полезными для изучения моторных процессов для выполнения различных задач в биологической среде или для применений регенеративной медицины.

«Наша работа может открыть путь к созданию биологических машин с нейронными тканями, которые могут учиться, адаптироваться и реагировать на стимулы», – добавил Башир.

«Теперь мы хотели бы продолжить нашу работу по проектированию в функциональных возможностях более высокого порядка, таких как обучение, память и принятие решений на внешних стимулах. Мы планируем разработать более сложные формы движения, такие как двунаправленное движение и движения над препятствиями».

© 2025 Science X Network