Um novo método para fabricação fácil e rápida de robôs biomiméticos com movimentos realistas

Os robôs biomiméticos, que imitam os movimentos e funções biológicas dos organismos vivos, são uma área fascinante de investigação que pode não só levar a robôs mais eficientes, mas também servir como uma plataforma para a compreensão da biologia muscular.

Entre estes, os atuadores biohíbridos, feitos de materiais macios e células musculares que podem replicar as forças dos músculos reais, têm o potencial de realizar movimentos e funções realistas, incluindo autocura, alta eficiência e alta relação potência-peso. proporção, o que tem sido difícil para robôs volumosos tradicionais que requerem fontes pesadas de energia.

Uma maneira de conseguir esses movimentos realistas é organizar as células musculares em atuadores biohíbridos de maneira anisotrópica. Isso envolve alinhá-los em um padrão específico onde sejam orientados em diferentes direções, como o que é encontrado nos organismos vivos.

Embora estudos anteriores tenham relatado atuadores biohíbridos com movimento significativo usando esta técnica eles se concentraram principalmente no alinhamento anisotropicamente das células musculares em linha reta resultando apenas em movimentos simples em oposição ao movimento complexo dos tecidos musculares nativos como torcer flexão e encolhendo. Os tecidos musculares reais possuem um arranjo complexo de células musculares, incluindo padrões curvos e helicoidais.

A criação de tais arranjos complexos requer a formação de microsulcos curvos (MGs) em um substrato, que servem como guia para o alinhamento das células musculares nos padrões exigidos. A fabricação de MGs complexos foi alcançada por métodos como fotolitografia, micrografia ondulada e impressão por microcontato. No entanto, estes métodos envolvem múltiplas etapas complexas e não são adequados para uma fabricação rápida.

Para resolver isso, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) no Japão, liderada pelo Professor Associado Toshinori Fujie da Escola de Ciências e Tecnologia da Vida, desenvolveu uma técnica de processamento a laser ultravioleta (UV) para fabricar microestruturas complexas. .

“Com base em nossos protótipos anteriores, levantamos a hipótese de que atuadores biohíbridos usando uma película fina de SBS (borracha dura) com MGs anisotrópicos arbitrários fabricados por processamento a laser UV podem controlar o alinhamento celular em uma direção arbitrariamente anisotrópica para reproduzir movimentos flexíveis mais realistas, ” explica o Dr. Seu estudo foi publicado na revista Biofabricação.

A nova técnica inclui a formação de MGs curvos em uma poliimida por meio de processamento a laser UV, que são então transcritos em um filme fino feito de SBS. Em seguida, as células musculares esqueléticas chamadas miotubos, encontradas em organismos vivos, são alinhadas usando os MGs para obter um padrão muscular curvo anisotrópico.

Os pesquisadores usaram esse método para desenvolver dois atuadores biohíbridos diferentes: um preso ao substrato de vidro e outro não amarrado. Após a estimulação elétrica, ambos os atuadores se deformaram através de um movimento semelhante a uma torção. Curiosamente, o atuador biohíbrido, quando não amarrado, transformou-se em uma estrutura 3D independente, devido ao alinhamento curvo dos miotubos como um esfíncter nativo.

“Esses resultados significam que, em comparação com os métodos tradicionais, o laser UV é um método mais rápido e fácil para a fabricação de padrões MG sintonizáveis. Este método levanta oportunidades intrigantes para obter atuadores biohíbridos mais realistas por meio do alinhamento guiado de miotubos”, observa o Dr. .Fujie.

No geral, este estudo demonstra o potencial do processamento a laser UV para a fabricação de diferentes padrões de tecido muscular anisotrópico, abrindo caminho para atuadores biohíbridos mais realistas, capazes de movimentos complexos e flexíveis.