Будущее близко: ученые создали живую полимерную ткань, которая сможет заменить поврежденные мышцы

Ученые из Университета Линчепинга стерли грань между роботами и живым организмом, создав искусственную мышцу, которая работает на глюкозе и кислороде, как и ее органический аналог. Изготовленные из специального полимера новые пластичные мышцы открывают перспективы для имплантируемых искусственных мышц и микро-роботов.

Проблема питания мини-роботов

В последние годы были достигнуты большие успехи в протезировании, но интригует перспектива замены поврежденных мышц искусственными, а не целыми конечностями, или введения пациентам микро-роботов, которые действуют как крошечные доктора. К сожалению, сразу возникает вопрос, как питать эти устройства?

Один из способов сделать это - заменить традиционные исполнительные механизмы, приводимые в действие электричеством, на те, которые более точно имитируют собственные естественные процессы организма, поэтому роботизированная мышца «питается» так же, как и та, которую она заменяет. Чтобы добиться этого, команда разработчиков во главе со старшим преподавателем кафедры систем датчиков и приводов Эдвином Ягером создала мышцы из «полимерного привода», изготовленного из полипиррола.

Решение, заимствованное у природы

Полипиррол является полимером пиррола и известен своими хорошими электропроводящими свойствами. Он используется в электронике и датчиках и изменяет свой объем, когда подвергается воздействию электрического тока.

Чтобы создать искусственную мышцу, исследователи сформировали два слоя полимера с тонкой мембраной между ними. Когда на одной стороне накапливается заряд, ионы в полимере выталкиваются через мембрану, и лист сжимается. Слой с другой стороны поглощает электроны и расширяется. Это заставляет пластину изгибаться, как сокращающаяся мышца.

Заряд можно подавать от батареи, но он также может быть получен из глюкозы и кислорода путем легирования полимера энзимами, которые усиливают реакцию сжигания глюкозы для получения энергии так же, как это делает мышца.

«Эти ферменты преобразуют глюкозу и кислород так же, как это происходит в организме человека, производя электроны, необходимые для приведения в движение искусственной мышцы из электроактивного полимера», - говорит Ягер. - «Источник напряжения не требуется: достаточно просто погрузить привод в раствор глюкозы в воде».

Перспектива дальнейших исследований

Теперь, когда принцип действия продемонстрирован, следующим шагом будет контроль реакции и проверка того, можно ли ее поддерживать в течение многих повторных циклов. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге сымитировать живую мышцу, а также применить ее в микро-робототехнике.

«Глюкоза доступна во всех органах, и это полезное вещество», - говорит Ягер. - «Но есть возможность переключиться на другие ферменты, которые позволят использовать привод, например, в автономных микро-роботах для мониторинга окружающей среды в озерах. Достижения, которые мы здесь представляем, позволяют питать приводы энергией от веществ в их естественном окружении».

Исследование было опубликовано в журнале Advanced Materials.

А какие перспективы использования искусственной мышцы видите вы?
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Следят за новыми комментариями — 6
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.