Úsvit kyborgů: Nová studie přišla na to, jak integrovat živé buňky a stroje

Japonský "biohybridně-robotický" prst využívá biologických svalů vypěstovaných na proužcích hydrogelu z typ kmenových buněk jménem myoblasty. Odebrané buňky původní pocházejí z krys. Vzniklá tkáň je následně začleněna v protijdoucích párech do nitra robotické končetiny. Pokud na ni vědci aplikují elektrické napětí, je tkáň schopna kontrakcí - čili stahování. Tak je pak v součtu schopná zvedat a pohybovat předměty.

Robot jako živý

Ani zdaleka nejde o první podobný typ tohoto výzkumu. Japonci však, zdá se, vyřešili dosavadní problém rychlé degradace vypěstované živé tkáně. Ty v minulých experimentech brzy odumíraly, což vidině zkřížení svalů a strojů příliš nenahrávalo. Ukázalo se přitom, že řešení může spočívat právě v konfiguraci svalů proti sobě. Díky němu dosáhli v Tokiu rekordní životnosti tkání - jednoho týdne.

"Jakmile jsme vypěstovali svaly, úspěšně jsme je použili jako antagonistické páry v robotovi, s jedním uzavírajícím a druhým se rozšiřujícím, stejně jako v živém těle," spoluautor studie Shoji Takeuchi. "Skutečnost, že proti sobě vyvíjeli protichůdné síly, zabránila jejich scvrkávání a atrofování, tedy oproti tomu, jak dopadly podobné pokusy v minulosti."

Není sval jako sval

Japonský výzkum integrace živých buněk a robotiky není jediným příkladem honby za podobným bionickým ideálem. Vynalézt optimální "umělý sval" se ostatně snaží řada jiných týmů - většina z nich při tom však raději sáhne po syntetickém analogu bez přítomnosti buněčného života.

V lednu tohoto roku tak například Coloradská universita představila flexibilní robotický aktuátor HASEL - ten kombinuje pružný polymer a elektrody, které jej dovedou na povel stahovat a roztahovat.

Děje se tak díky tomu, že se uvnitř polymeru nachází elektricky izolující tekutina, která se v reakci na elektřinu přesouvá jen do jedné části polymeru. Výsledkem je stejný hydraulický princip, který pohání i lidské končetiny - jen s jednou výjimkou. HASEL dovede uchopit a precizně pohnout až s dvousetnásobkem své vlastní hmotnosti (viz video níže).

Starší pokusy podobného rázu zvládly jít i o několikanásobek dál. HASEL však cílí na nízkou cenu produkce - jediná jednotka by tak měla stát jen 10 centů (cca dvě koruny). Roboti, kteří by techniky využívali, by podobných umělých svalů samozřejmě měli desítky nebo stovky. Jiné týmy v rámci stejného výzkumu pracují i na tom, jak techniku umělých svalů upravit na přání pomocí počítačového designu a 3D tisku.

Podobné syntetické svaly by tak rozhodně mohly v aplikované podobě jako součásti robotů dorazit dříve než japonští kyborgové. Japonský hybrid má však oproti plně syntetickým svalům přece jenom jednu výhodu navíc - ačkoliv jednou z možných aplikací, o které vědci uvažují, je i integrace pro praktickou robotiku, dalším uplatněním biohybridního robota je farmacie.

Podobně jako v případě "srdce na čipu" by biohybridní robotika mohla testovat léčiva jenom na kultivovaných buňkách. A to by mohlo vést k tomu, že vynález, který paradoxně připomíná to nejhorší ze sci-fi, mohl jednoho dne učinit testování léků na zvířatech minulostí.

Studie byla publikována v Science Robotics.