Однажды может настать время, когда человек примет форму киборга, оснащенного роботизированными частями тела, для совершенствования своих способностей. Но пока мы наблюдаем обратный тип интеграции: снабжение роботов человеческими либо животными тканями.
Эти биогибридные роботы (биороботы), наделенные мышечными клетками, смогут выполнять точные движения. А в микромасштабе крошечных роботов будут объединять с бактериями для доставки лекарств в труднодоступные части тела человека. По всей видимости, будущее уже наступило.
Биогибридные роботы: новый вызов для ученых
Биогибридная робототехника смело начинает революцию в отношении принципов разработки и конструктивных элементов устройств.
За последние десятилетия ученые создали роботов разных форм, габаритов и уровня сложности. Некоторые из них отлично затягивают болты либо сваривают листы металла. Крошечные модели (до 1 мм) разрабатываются для помещения в организм с целью заживления ран либо удаления раковых клеток.
Но всем этим удивительным устройствам недостаточно точности в движениях и энергетической эффективности, обнаруживаемой в живых организмах. Какой может быть выход из этой ситуации? Один из вариантов — объединение элементов живых организмов с искусственными компонентами.
Если движение робота и его эффективность настроены точно, ученые могут применять их с разной целью:
- для исследования человеческого тела;
- для мониторинга среды, слишком маленькой либо сложной для современных роботов;
- для производства продуктов с большой точностью.
Приведение в действие или координация движений считаются постоянным препятствием в робототехнике. К примеру, обычные роботы без проблем поднимают тяжелый груз и делают надрезы, но им трудно выполнять такие точные действия, как разбить яйцо в миску. Их движения отрывисты.
А вот движения живых организмов, наоборот, плавные, когда каскад молекулярных механизмов активируется внутри нервных клеток и завершается мышечным сокращением. Это увеличивает шансы более точного приведения в действие устройств благодаря животным тканям (сердечной мышце либо мышце насекомого). Уже сейчас группа ученых из Университета Тафтса (США, штат Массачусетс) во главе с Барри Триммером создала биогибридных роботов, похожих на червей, которые движутся за счет сокращения мышц насекомых.
Другая проблема — источник питания, в особенности для микророботов. Ведь его размер может быть в разы больше, нежели сам робот. Но для биороботов — это не препятствие. Команда ученых из Политехники Монреаля использует магнитотактические бактерии, которые природным образом перемещаются вдоль линий магнитного поля, для транспортировки лекарств к раковым клеткам.
Тем не менее, в данный момент существуют некоторые преграды для биороботов. Живые клетки должны питаться, а это значит, что они недолговечны. Биороботы могут работать при температурном режиме, подходящем для жизни, поэтому их нельзя применять в условиях зноя либо мороза.
При всем этом индустрия биогибридной робототехники быстро эволюционирует, так что скоро ученые найдут решение данной проблемы. Рассмотрим, чего добилась наука на сегодняшний день.
Использование биогибридных роботов в разных сферах жизни
Все мы слышим о массовой роботизации промышленности и применении различных устройств в медицине, но скоро эти две важные сферы жизни будут вновь претерпевать большие изменения. Уже сейчас ученые разрабатывают роботов с живыми мышцами, что открывает множество возможностей.
В медицине
Согласно последним исследованиям биогибридные роботы смогут диагностировать заболевания, доставлять лекарства в труднодоступные части тела и даже лечить рак.
Так, международная исследовательская группа во главе с Китайским университетом Гонконга разработала микроскопические водоросли с магнитными частицами. Их можно отслеживать в структуре ткани человека путем визуализации естественного свечения водорослей и в труднодоступных более глубоких тканях при помощи МРТ.
Доктор Ци Чжоу, один из авторов исследования, утверждает, что крошечные роботы с дистанционным управлением могут использоваться различными способами, включая диагностику заболеваний и доставку лекарств в человеческий организм. Также доктор добавил, что роботы могут ощущать химические реакции, связанные с началом заболевания.
Устройства могут находиться в биологических жидкостях, таких как кровь, желудочный сок, моча, и даже в арахисовом масле.
Стоит отметить, что во время первоначальных испытаний таких роботов направляли в желудок подопытных крыс, где они убивали раковые опухоли, оставляя здоровые клетки невредимыми. Это открытие заслуживает дальнейших исследований, ведь может стать настоящим прорывом в медицине.
В промышленности
Развитие промышленной биогибридной робототехники станет перспективным направлением. Уже сейчас ведутся разработки роботов, способных выполнять точные действия с мельчайшими деталями.
Так, команда из Института промышленной науки (Токийский университет) создала биоробота с парой функционирующих мышц. Он включает сустав, крепления, к которым крепятся мышцы, и электроды, обеспечивающие стимул для сокращения мышц.
Такой робот может имитировать действия человеческого пальца. В тестовом режиме он уже справился с поднятием кольца и квадратной рамки.
Живая ткань в сочетании с искусственными машинами может обеспечить лучшее движение и гибкость по сравнению с традиционными роботами из пластика и металла. Так что в скором будущем можно ожидать, что на место обычных придут биогибридные роботы.
Конечно, ученым потребуется еще не один год, чтобы создать мощных биороботов, способных работать на производстве или служить медицине, и при этом быть устойчивыми к изменчивой внешней среде. Однако решение этих проблем не за горами. Живые ткани и искусственные компоненты уже объединились, чтобы зародить новую эру биогибридных роботов. И мы уверены, пока вы прочли эту статью, группа ученых уже создала еще одного биоробота.
