Tutkijat kehittivät pienet “spinobotti”-robotit rotan lihaksista ja selkäydintehosteesta

Outoa ja tärkeää kehitystä robotiikassa on saavutettu Illinoisin yliopistossa Urbana-Champaignissa, jossa tutkijat ovat kehittäneet pieniä “spinobotti”-robotteja, jotka pystyvät kävelemään. Ne toimivat rotan lihaksilla ja selkäydintehosteella, joka on kiinnitetty pehmeään, 3D-tulostettuun hydrogeelirunkoon.

Ennen uusia kehityksiä biologiset robotit käyttivät yksinkertaista lihaksen supistumista etenemiseen. Selkäydin käytön ansiosta nämä uudet robotit voivat kävellä luonnollisemmin.

Martha Gillette on tutkimuksen johtaja ja solu- ja kehitysbiologian professori.

“Nämä ovat alkua interaktiivisten biologisten laitteiden kehittämiseen, joilla voisi olla sovelluksia neurotietokoneissa ja korjaavassa lääketieteessä,” Gillette sanoi.

Tulokset julkaistiin APL Bioengineering -lehdessä.

Spinobottien valmistus

Spinobottien rakentamiseen tutkijat tulostivat ensin pienet rungon. Siinä oli kaksi jalkaa ja joustava “selkäranka”. Runkoon istutettiin lihassoluja, jotka kasvoivat lihaskudokseksi, ja rotasta otettiin selkäydin, joka liitettiin siihen.

Collin Kaufman on jatko-opiskelija ja tutkimuksen ensisijainen tekijä.

“Valitsimme tarkoituksella lumboselkäydin, koska aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että se sisältää piirit, jotka ohjaavat jalkojen vasen-oikea vaihtelua kävellessä,” Kaufman sanoi. “Insinöörien näkökulmasta hermosolut ovat välttämättömiä ohjaamaan yhä monimutkaisempia ja koordinoituneita lihasklikeitä. Haasteellisin este hermottumiselle oli, että kukaan ei ollut aiemmin kasvattanut kokonaista jyrsijän selkäydintä.”

Menetelmän suunnittelu selkäydin integroimiseksi

Tutkijat kehittivät menetelmän, jolla voitiin poistaa kokonainen selkäydin ja kasvattaa se, sekä integroida se robottiin lihaksen ja hermoston kasvatuksen aikana. Tämän tekemiseen heidän piti varmistaa, että hermosolut muodostivat yhteyksiä lihakseen.

Uuden menetelmän suunnittelun jälkeen tutkijat havaitsivat lihaksen supistumisia spinoboteissa. Tämä tarkoitti, että neuro-muskulaariset liitokset muodostuivat tosiaan, ja kaksi eri solutyyppiä viestivät toisilleen. Selkäydin toiminnan varmistamiseksi, joka on tarpeen kävelemiseen, tutkijat käyttivät glutamaattia. Glutamaatti on hermokemikaali, joka auttaa hermoja signaalimaan lihaksen supistumiseen.

Lihaksen supistuminen ja jalkojen liike olivat luonnollisia glutamaatin ansiosta, ja kun se poistettiin, spinobotit eivät enää kävelleet.

Tutkijoiden seuraavat vaiheet sisältävät spinobottien liikkeiden tarkennuksen, jotta ne olisivat vielä luonnollisempia. Heidän toivonsa on, että in vitro -mallit perifeerisen hermoston voisi luoda käyttämällä pienimuotoista selkäydin integraatiota.

“In vitro perifeerisen hermoston – selkäydin, ulokkeet ja hermottunut lihaksen – kehittäminen voisi sallia tutkijoiden tutkia hermoston rappeutumissairauksia, kuten ALS:ää, reaaliajassa helpommin ja kaikkien vaikuttavien komponenttien saatavilla,” Kaufman sanoi. “On myös monia tapoja, joilla tämä teknologia voisi toimia kirurgisen koulutusvälineenä, toimimalla harjoitussammakkoa oikeasta biologisesta kudoksesta, tai edes auttamalla itse leikkauksen suorittamisessa. Nämä sovellukset ovat tällä hetkellä melko kaukaisessa tulevaisuudessa, mutta kokonaisen selkäydin piirin sisällyttäminen on tärkeä askel eteenpäin.”