Το μέλλον της Ρομποτικής: Βιοϋβριδικό χέρι με ανθρώπινο μυϊκό ιστό και μηχανικές αρθρώσεις

Ο συνδυασμός μυϊκού ιστού που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο με μια σειρά εύκαμπτων μηχανικών αρθρώσεων οδήγησε στην ανάπτυξη ενός τεχνητού χεριού που μπορεί να πιάσει και να κάνει χειρονομίες. Το επίτευγμα δείχνει το δρόμο για ένα νέο είδος Ρομποτικής με μια σειρά πιθανών εφαρμογών.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τόκιο και του Πανεπιστημίου Waseda στην Ιαπωνία δημιούργησαν το βιοϋβριδικό τους χέρι, αφού πρώτα ανέπτυξαν στο εργαστήριο μια σειρά από μυϊκές ίνες. Επειδή, από μόνοι τους, οι ιστοί δεν θα ήταν αρκετά ισχυροί για να λειτουργήσουν καλά χωρίς να σκιστούν, οι ερευνητές τους ένωσαν σε αυτό που ονόμασαν ενεργοποιητές πολλαπλών ιστών ή MuMuTAs. Αυτοί οι ιστοί στη συνέχεια συνδέθηκαν σε ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο πλαστικό χέρι που διαθέτει μετακινούμενες αρθρώσεις και έχει μήκος περίπου 18 εκατοστά.

«Το βασικό μας επίτευγμα ήταν η ανάπτυξη των MuMuTAs», δήλωσε ο Shoji Takeuchi από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο. «Πρόκειται για λεπτές ίνες μυϊκού ιστού που αναπτύσσονται σε ένα μέσο καλλιέργειας και στη συνέχεια τυλίγονται σε μια δέσμη σαν ρολό σούσι για να φτιάξουν κάθε τένοντα. Η δημιουργία των MuMuTAs μας επέτρεψε να ξεπεράσουμε τη μεγαλύτερη πρόκλησή μας, η οποία ήταν να εξασφαλίσουμε αρκετή συσταλτική δύναμη και μήκος στους μύες για να οδηγήσουν τη μεγάλη δομή του χεριού».

Μόλις τα MuMuTAs συνδέθηκαν με το τεχνητό χέρι, οι ερευνητές τα διέγειραν χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά ρεύματα. Με αυτόν τον τρόπο, κατάφεραν να κάνουν το χέρι να σχηματίσει μια χειρονομία ψαλιδιού και να πιάσει και να χειριστεί την άκρη μιας πιπέτας. Το πιο συναρπαστικό ίσως από όλα ήταν ότι η ομάδα διαπίστωσε πως, όπως ακριβώς ένα ανθρώπινο χέρι, το βιοϋβριδικό μοντέλο «κουραζόταν» μετά τη χρήση του, με τη δύναμη του ιστού να μειώνεται όσο περνούσε ο χρόνος.

«Αν και δεν ήταν εντελώς περίεργο, ήταν ενδιαφέρον ότι η συσταλτική δύναμη των ιστών μειώθηκε και έδειξε σημάδια κόπωσης μετά από 10 λεπτά ηλεκτρικής διέγερσης, αλλά επανήλθε μέσα σε μόλις μία ώρα ανάπαυσης», δήλωσε ο Takeuchi. «Η παρατήρηση μιας τέτοιας απόκρισης ανάκαμψης, παρόμοιας με εκείνη των ζωντανών ιστών, σε κατασκευασμένους μυϊκούς ιστούς ήταν ένα αξιοσημείωτο και συναρπαστικό αποτέλεσμα».

Ο Takeuchi και η ομάδα του παραδέχονται ότι το χέρι τους είναι πραγματικά περισσότερο απλά μια απόδειξη της ιδέας παρά μια χρηστική συσκευή και ότι έχει δρόμο να διανύσει μέχρι να αυξηθεί η λειτουργικότητά του, Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της μελέτης, ολόκληρο το χέρι επέπλεε σε ένα υγρό προκειμένου να επιτραπεί στις αρθρώσεις να κινηθούν με όσο το δυνατόν λιγότερη τριβή. Η αναστολή επέτρεψε επίσης στα τμήματα του χεριού να επιπλέουν πίσω σε ουδέτερη θέση μετά την κάμψη από τους εργαστηριακά αναπτυγμένους τένοντες, παρότι η ομάδα υποστηρίζει πως η προσθήκη ελαστικών ή περισσότερων MuMuTAs προσανατολισμένων προς την αντίθετη κατεύθυνση θα μπορούσε να ξεπεράσει αυτό το πρόβλημα.

Πάντως, οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι με την ομαδοποίηση των ιστών, η εφεύρεσή τους ξεπερνά ένα σημαντικό εμπόδιο στην επεκτασιμότητα των βιοϋβριδικών. Προηγουμένως τέτοιες συσκευές δεν μπορούσαν να γίνουν πολύ μεγαλύτερες από ένα εκατοστό περίπου, οπότε ένα χέρι μήκους 18 εκατοστών είναι ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός.

«Ένας σημαντικός στόχος της βιοϋβριδικής Ρομποτικής είναι να μιμηθεί τα βιολογικά συστήματα, γεγονός που απαιτεί την κλιμάκωση του μεγέθους τους», δήλωσε ο Takeuchi. «Η ανάπτυξή μας των MuMuTAs αποτελεί σημαντικό ορόσημο για την επίτευξη αυτού του στόχου. Ο τομέας της βιοϋβριδικής Ρομποτικής βρίσκεται ακόμη στα σπάργανα, με πολλές θεμελιώδεις προκλήσεις να πρέπει να ξεπεραστούν. Μόλις αντιμετωπιστούν αυτά τα βασικά εμπόδια, η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε προηγμένες προσθετικές κατασκευές και θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει ως εργαλείο για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των μυϊκών ιστών σε βιολογικά συστήματα, για τη δοκιμή χειρουργικών διαδικασιών ή φαρμάκων που στοχεύουν σε μυϊκούς ιστούς».

[via]