Peneliti Mengembangkan “Spinobots” Kecil dengan Otot dan Jaringan Saraf Tulang Belakang Tikus

Dalam sebuah perkembangan yang tidak biasa dan penting dalam robotika, peneliti di Universitas Illinois di Urbana-Champaign telah mengembangkan “spinobots” kecil yang dapat berjalan. Mereka ditenagai oleh otot tikus dan jaringan saraf tulang belakang, yang hadir pada kerangka hidrogel 3D yang lembut.

Sebelum perkembangan baru, robot biologis bergantung pada kontraksi otot sederhana untuk maju. Dengan menggunakan saraf tulang belakang pada robot baru ini, mereka dapat berjalan dengan ritme yang lebih alami.

Martha Gillette adalah pemimpin studi dan profesor biologi sel dan perkembangan.

“Ini adalah awal dari arah menuju perangkat biologis interaktif yang dapat memiliki aplikasi untuk neurokomputing dan obat restoratif,” kata Gillette.

Temuan tersebut diterbitkan dalam jurnal APL Bioengineering.

Membuat Spinobots

Untuk membangun spinobots, peneliti pertama kali mencetak kerangka kecil. Ini memiliki dua pos yang berfungsi sebagai kaki, serta “tulang belakang” yang fleksibel. Kerangka kemudian diinokulasi dengan sel otot yang tumbuh menjadi jaringan otot, dan segmen saraf tulang belakang lumbar diambil dari tikus dan diintegrasikan ke dalamnya.

Collin Kaufman adalah mahasiswa pascasarjana dan penulis utama makalah tersebut.

“Kami secara khusus memilih saraf tulang belakang lumbar karena pekerjaan sebelumnya telah menunjukkan bahwa itu berisi sirkuit yang mengontrol alternasi kiri-kanan untuk anggota gerak bawah selama berjalan,” kata Kaufman. “Dari perspektif teknik, neuron diperlukan untuk menggerakkan gerakan otot yang lebih kompleks dan terkoordinasi. Hambatan paling sulit untuk innervasi adalah bahwa tidak ada yang pernah sebelumnya mengembangkan saraf tulang belakang tikus yang utuh.”

Merancang Metode untuk Mengintegrasikan Saraf Tulang Belakang

Peneliti mengembangkan metode untuk mengekstrak saraf tulang belakang yang utuh dan mengembangkannya, serta mengintegrasikannya ke dalam robot sambil mengembangkan jaringan otot dan saraf bersama-sama. Ketika melakukan ini, mereka harus memastikan bahwa neuron membentuk persimpangan dengan otot.

Setelah merancang metode baru, peneliti mengamati kontraksi otot yang terjadi pada spinobots. Ini berarti bahwa persimpangan neuro-muskuler sebenarnya terbentuk, dan dua jenis sel yang berbeda berkomunikasi. Untuk memastikan bahwa saraf tulang belakang berfungsi, yang diperlukan untuk berjalan, peneliti menggunakan glutamat. Glutamat adalah neurotransmitter yang membantu saraf untuk mengirim sinyal ke otot untuk berkontraksi.

Otot berkontraksi dan kaki bergerak dengan ritme alami karena glutamat, dan sekali itu dihilangkan, spinobots tidak berjalan lagi.

Langkah selanjutnya untuk peneliti termasuk memperhalus gerakan spinobots, sehingga mereka menjadi lebih alami. Harapan mereka adalah bahwa model in vitro dari sistem saraf perifer dapat dibuat melalui penggunaan integrasi saraf tulang belakang skala kecil.

“Pengembangan sistem saraf perifer in vitro – saraf tulang belakang, pertumbuhan dan otot yang diinervasi – dapat memungkinkan peneliti untuk mempelajari penyakit neurodegeneratif seperti ALS secara real-time dengan akses yang lebih mudah ke semua komponen yang terkena,” kata Kaufman. “Ada juga berbagai cara bahwa teknologi ini dapat digunakan sebagai alat pelatihan bedah, dari bertindak sebagai boneka latih yang terbuat dari jaringan biologis nyata hingga membantu melakukan operasi itu sendiri. Aplikasi ini, untuk saat ini, masih di masa depan yang cukup jauh, tetapi penyertaan sirkuit saraf tulang belakang yang utuh adalah langkah maju yang penting.”