فهرست مطالب
مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که دانشمندان در حال طراحی ربات‌هایی هستند که می‌توانند با سلول‌های عضلانی زنده مانند انسان‌ها حرکت کنند و به جای چرخ‌دنده و موتور از بافت زنده بهره ببرند.
به گزارش تکناک، این پروژه به رهبری دکتر سو ر یون شین از دانشکده پزشکی هاروارد، تیمی از مهندسان و زیست‌شناسان را گرد هم آورده است تا بافت زنده را با ساختارهای مصنوعی تلفیق کنند و ربات‌هایی خلق کنند که رفتار آنها تا حد ممکن شبیه انسان باشد. این آزمایش بخشی از حوزه نوظهور رباتیک زیست‌ترکیبی (biohybrid robotics) است، که در آن پژوهشگران با کمک فناوری‌های پیشرفته، این سیستم‌ها را می‌سازند، کنترل می‌نمایند و نگه‌داری می‌کنند. در صورت موفقیت، نسل بعدی ربات‌ها قادر خواهند بود با استفاده از عضله زنده حرکت کنند، منقبض شوند و حتی رشد کنند؛ تجربه‌ای که می‌تواند تعریف رباتیک را از اساس تغییر دهد.
دانشمندان برای تحقق اهداف پروژه، از دو نوع عضله زنده بهره می‌برند: عضله اسکلتی که با دریافت سیگنال الکتریکی منقبض می‌شود و عضله قلبی که به صورت خودکار می‌تپد و حرکتی پیوسته و هماهنگ ایجاد می‌کند. هر یک از این عضلات مزایا و قابلیت‌های ویژه‌ای دارند، اما هم‌زمان با چالش‌های خاص خود همراه هستند. بافت عضلانی بسیار ظریف و حساس است و خارج از بدن انسان عمر کوتاهی دارد. برای بقای آن، مواد مغذی، اکسیژن و محیطی ایدئال ضروری است. حفظ این شرایط در یک ربات، چالشی بزرگ محسوب می‌شود و دقیقا در همین نقطه است که ابزارهای پیشرفته ساخت و تولید، نقش حیاتی خود را ایفا می‌کنند.
01
از 03ستون فقرات رباتیک زیست‌ترکیبی
مطالعه جدید چهار روش محوری را مشخص کرده است، که شامل بیوپرینت سه‌بعدی، الکترواسپینینگ، میکروفلوئیدیک و خودتجمع می‌شوند. این فناوری‌ها به محققان امکان می‌دهند تا سلول‌های عضلانی را با دقت در چارچوب‌های مهندسی‌شده سازماندهی و پرورش دهند. با بهره‌گیری از این تکنیک‌ها، سلول‌ها می‌توانند به صورت هماهنگ رشد و منقبض شوند و تکه‌های بافت زنده را به محرک‌های عملکردی واقعی تبدیل کنند.
دکتر شین در مقاله خود گفت: «ساخت و تولید به معنای سر هم کردن قطعات نیست؛ کلید موفقیت عملکرد ربات‌ها همین است. نحوه پرورش و هدایت سلول‌های عضلانی تعیین می‌کند که آیا این ربات‌ها می‌توانند حرکت کنند، خود را با شرایط تطبیق دهند و دوام بیاورند یا خیر.»
02
از 03چالش و راهکار در رباتیک زیست‌ترکیبی
اکنون بیشتر ربات‌های زیست‌ترکیبی قدرت محدودی دارند؛ آنها ظریف هستند و تنها در شرایط کنترل‌شده می‌توانند زنده بمانند. به همین دلیل، گسترش تولید این ربات‌ها چالشی عظیم است، چرا که آنها قادر به مقابله با غیرقابل پیش‌بینی بودن محیط واقعی نیستند. محققان برای حل این مشکل از سه استراتژی بهره می‌برند: چاپ چندمواد برای افزایش استحکام و پیچیدگی، داربست‌های قابل تغذیه برای زنده نگه داشتن سلول‌ها و طراحی‌های مدولار که ربات‌ها را مقاوم‌تر و سازگارتر می‌کند. ترکیب این استراتژی‌ها می‌تواند باعث طول عمر و عملکرد بالاتر ربات‌های زیست‌ترکیبی شود.
03
از 03تلاش‌های مشابه برای ساخت ربات‌ها با سلول‌های عضلانی زنده
پروژه دانشکده پزشکی هاروارد تنها نمونه از تلاش‌ها در حوزه رباتیک زیست‌ترکیبی نیست. اوایل ماه مارس، تیمی از MIT با آزمایش عضلات مصنوعی نشان دادند که چگونه می‌توانند حرکت در جهات متعدد را شبیه‌سازی کنند و عملکرد عنبیه چشم را تقلید نمایند. در تحقیقی دیگر، محققان دانشگاه کارنگی ملون روی توسعه AggreBots کار می‌کنند؛ ربات‌های بیولوژیکی که بر پایه سلول‌های ریه انسان ساخته می‌شوند.
سیستم‌های زیست‌ترکیبی، پتانسیل تحول گسترده در صنایع مختلف را دارند، به شرطی که ربات‌هایی با عضلات زنده ساخته شوند. برخلاف سازه‌های پلاستیکی و فلزی، این ربات‌ها قادر خواهند بود خود را تطبیق دهند، ترمیم کنند و با بدن خود تعامل برقرار کنند. شین و همکاران او معتقد هستند که حوزه رباتیک زیست‌ترکیبی هم‌اکنون در مرحله‌ای گذار است. شین در این باره گفت: «نسل بعدی ربات‌های زیست‌ترکیبی نه تنها به عملکرد دقیق و انعطاف‌پذیری دست خواهند یافت، بلکه موانع مقیاس و یکپارچگی را پشت سر خواهند گذاشت و به طور فعال سلامت انسان را پشتیبانی خواهند کرد.» اگر روند پیشرفت ادامه یابد، ربات‌های فردا دیگر با صداهای کلیک یا وز وز همراه نخواهند بود، بلکه همانند ما خواهند تپید، حرکت و رشد خواهند کنند.
این مطالعه در تاریخ ۱۷ اکتبر در International Journal of Extreme Manufacturing منتشر شده است.
