نور مسیر روباتهای زیستی را روشن می سازد

کلاس جدیدی از روباتهای زیستی یا بیوباتها میتوانند نور را دیده و مسیری که نور به آن می تابد را دنبال کنند. این روباتها با سلولهای عضلاتی نیرو می گیرند که تغییر ژنتیکی داده شده اند تا به نور پاسخ بدهند. به این طریق محققان میتوانند بر حرکت روباتها کنترل داشته و گامی اساسی به سوی استفاده از روباتها در حوزه های سلامت، حواس و محیط بردارند.

بیو-باتهایی که توسط عضله هایی نیرو می گیرند که تغییر ژنتیکی داده شده اند تا قادر به پاسخ به نور باشند و به این طریق محققان میتوانند بر حرکت روباتها کنترل داشته و گامی اساسی به سوی استفاده از روباتها در حوزه های سلامت، حواس و محیط بردارند. محققانی که تحت هدایت رشید بشیر مدیر زیست مهندسی دانشگاه ایلینویز قرار داشتند نتایج تحقیقاتشان در این زمینه را در نشریه ی Proceeding of the National Academy of Sciences (خلاصه ی مذاکرات آکادمی ملی علوم) منتشر کردند.

بشیر در این مورد می گوید: “نور روشی غیر تهاجمی برای کنترل ماشینهاست و دست ما را در طراحی و حرکت دادن ماشینها باز می گذارد. موردی حیاتی که قصد دستیابی به آن را داریم طراحی جسورانه ی سیستمهای بیولوژیکیست و بنظرمان می آید نور گامی مهم در رسیدن به آن هدف باشد.”

پیش از این گروه بشیر بیو-باتهایی را به نمایش گذاشته اند که توسط میدان الکتریکی فعال می شدند اما الکتریسیته می تواند اثرات جانبی مضری بر محیطهای بیولوژیکی داشته باشد و به گفته ی بشیر قادر به تحریک انتخابی بخش خاصی از عضله جهت حرکت در مسیری دلخواه نیست. تکنیک جدید تحریک نور کمتر تهاجمی بوده و امکان حرکت بیو-بات در مسیرهای مختلف را می دهد. به گفته ی بشیر بیو-باتها به سمت محرکهای نوری متمایل شده و حرکت می کنند.

محققان کار را با رشد حلقه هایی از بافت عضلانی که از سلولهای موش گرفته شده بود آغاز کردند. به سلولهای عضله ژنی اضافه شد تا بتوانند در برابر طول موج خاصی از نور آبی منقبض گردند (به این تکنیک اپتوژنتیک یا ژنتیک نوری می گویند). حلقه ها دور میله هایی منعطف که توسط چاپگرهای سه بعدی چاپ شده بودند تابانده شدند. این میله ها از 7 میلیمتر تا 2 سانتیمتر طول داشتند.

ریتو رامان، فارغ التحصیل دانشگاه و اولین نویسنده ی مقاله در این مورد می گوید: “حلقه های عضلات اسکلتی که ساخته ایم به شکل حلقه یا کش هستند زیرا میخواستیم ماژولار و منعطف باشند. به همین دلیل می توانیم آنها را مانند بلوکهای سازنده ای در نظر بگیریم که با هر اسکلت سه بعدی ترکیب شده و بیو-باتهایی با کاربردهای مختلف بسازند.”

علاوه بر طراحی ماژولار، حلقه های عضلات باریک امکان نفوذ نور و مواد مغذی را به بافتها از هر طرف می دهند. این بر خلاف طراحی های سابق بیو-باتهاست که بافت عضلانی ضخیم و غیر قابل نفوذی را که اطراف اسکلت رشد کرده بود استفاده می کردند.

محققان اسکلتهایی در اندازه ها و شکل های مختلف را آزمودند تا بفهمند کدام پیکربندی بهترین حرکت خالص را به آنها می دهد. همچنین هر روز حلقه های عضله ای را ورزش دادند و با تاباندن نور آنها را تحریک کردند تا عضلات قویتر شده و با هر انقباض مقدار بیشتری حرکت کنند.

بشیر در مورد طراحی کار می گوید: “طراحی کنونی بسیار منعطف تر است و با وجود حلقه ها می توانیم هر دو مفصلی را در اسکلت چاپ شده ی سه بعدی به هم متصل کنیم. میتوانیم چندین پا و حلقه هم داشته باشیم و با وجود نور توان کنترل جهت حرکت را داشته و همینطور امکان ساخت سیستمهای رده بالاتر هم وجود خواهد داشت.”

این کار بخشی از پروژه ی رفتارهای براینده ی سیستمهای سلولی یک پارچه (EBICS) است که سرمایه اش توسط بنیاد ملی علوم تامین گردیده است. EBICS در پاییز 2015 دوباره بودجه ای 25 میلیون دلاری دریافت کرده که به این طریق بشیر و همکارانش قادر به ادامه ی کار بر روی بیو-باتها و توسعه ی آنها برای تشخیص بیماریها، انتقال داروها و آشکارسازی خواهند بود.

منبع:Science Daily