Uma imagem óptica do robô bio -híbrido – feito com andaime polímero, tecido muscular esquelético, neurônios e um chip de microeletrônica sem fio. Crédito: Min et al.
Sabe -se que os movimentos corporais realizados por humanos e outros animais são apoiados por vários mecanismos biológicos e neurais intrincados. Enquanto os roboticistas tentam desenvolver sistemas que imitam esses mecanismos há décadas, os processos que impulsionam os movimentos desses sistemas permanecem muito diferentes.
Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Northwestern University e outros institutos desenvolveram recentemente novos robôs bio-híbridos que combinam células vivas de camundongos com estruturas de hidrogel impressas em 3D com optoeletrônica sem fio.
Esses robôs, apresentados em um artigo publicado em Robótica científicatêm junções neuromusculares onde os neurônios podem ser controlados usando técnicas optogenéticas, emulando os mecanismos neurais que apóiam os movimentos humanos.
“Este artigo é um próximo passo importante em nosso trabalho sobre robótica bio-híbrida que abrange nos últimos 15 anos”, Dr. Rashid Bashir, autor sênior do artigo e professor de bioengenharia e também o reitor do Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, disse Tech Xplore.
“Demonstramos o importante marco do uso de neurônios para controlar os músculos e, portanto, o movimento desses robôs bio -híbridos rastejantes”.
Nos seres humanos, o movimento voluntário de partes específicas do corpo é controlado pelo cérebro. Especificamente, os neurônios são conhecidos por controlar os músculos, gerando uma força que leva a atuação e movimento.
O Dr. Bashir e seus colegas têm tentado reproduzir esse processo fisiológico crucial em robôs bio-híbridos em miniatura.
“Outro objetivo de nosso estudo foi mostrar que poderíamos estimular e treinar opticamente o tecido neural, usando microledes sem fio a bordo desenvolvidos pelo Prof. John Rogers Group na Northwestern University, para mudar a velocidade do movimento dos robôs bio-híbridos”, disse Bashir.
Os robôs bio -híbridos desenvolvidos pelos pesquisadores são baseados em um andaime de polímero que pode ser facilmente fabricado usando a tecnologia de impressão 3D. Este andaime foi cuidadosamente projetado usando métodos avançados de modelagem e simulação do grupo do Prof. Yonggang Hwang na Northwestern University.
A equipe então aprimorou o andaime baseado em polímeros, cultivando tecidos musculares biológicos ao redor dele usando métodos de engenharia de tecidos bio-híbridos.
Essencialmente, eles diferenciaram as células-tronco dos camundongos em neurônios motores e os deixaram nas estruturas impressas em 3D, que tinham tecidos musculares também diferenciavam e cultivados usando meios ricos em nutrientes para levar sua proliferação e a formação da junção neuromuscular.
Esquema mostrando os componentes do dispositivo final – o atuador biológico neuromuscular, o andaime impresso em 3D e o optoeletrônico sem fio. Crédito: Min et al.
“Os músculos vivos se contraem com um estímulo (elétrico, óptico ou de um neurônio) e, se o andaime for projetado adequadamente, os robôs se movem em uma direção específica”, explicou Bashir.
“O amplo interesse e os motivos para o desenvolvimento dessas máquinas de estar é aprender as regras de design para máquinas bio -híbridas e células vivas e potencialmente utilizar as vantagens como biodegradabilidade, baixo consumo de energia, aprendizado e propriedades emergentes”.
O recente estudo de Bashir e seus colegas poderá inspirar em breve outros roboticistas e geneticistas a criar sistemas robóticos bio-híbridos semelhantes. No futuro, esses sistemas podem ser úteis para o estudo dos processos motores, para a conclusão de várias tarefas em ambientes biológicos ou para aplicações de medicina regenerativa.
“Nosso trabalho pode abrir um caminho para a criação de máquinas biológicas com tecidos neurais que podem aprender, adaptar e responder a estímulos”, acrescentou Bashir.
“Gostaríamos agora de continuar nosso trabalho para projetar em funcionalidades de ordem superior, como aprendizado, memória e tomada de decisão sobre estímulos externos. Planejamos projetar formas mais complexas de movimento, como movimentos bidirecionais e movimentos sobre obstáculos”.
Escrito para você por nosso autor Ingrid Fadelli, editado por Sadie Harley, e verificou e revisado por Robert Egan-este artigo é o resultado de um trabalho humano cuidadoso. Confiamos em leitores como você para manter vivo o jornalismo científico independente. Se este relatório é importante para você, considere uma doação (especialmente mensalmente). Você vai conseguir um sem anúncios conta como um agradecimento.
Hyegi Min et al., Atuação neuromuscular optogenética de um robô de bio -híbrido eletrônico em miniatura, Robótica científica (2025). Doi: 10.1126/scirobotics.adu5830.
© 2025 Science X Network
Citação: Os rastreadores biohibrides podem ser controlados usando técnicas optogenéticas (2025, 16 de setembro) recuperadas em 16 de setembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-09-biohybrid-crawlers-optogenetic-techniques.html
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