ווגי פאוור? שרירים מלאכותיים העשויים מבצל מחוצה

פופאי עשה תרד מפורסם כירק בונה שרירים. אבל ירקות עשויים יום אחד לחזק אותך בלי לאכול אותך - כשמדענים משתמשים בהם כדי לבנות מחלקה חדשה של שרירים מלאכותיים. השבוע חשף צוות בטייוואן תאי בצל מצופים זהב המראים הבטחה להתרחבות, להתכווצות ולהתכווצות לכיוונים שונים ממש כמו רקמת שריר אמיתית.

תוכן קשור

• הבצל הזה לעולם לא יגרום לך לבכות
• לרובוט זה יש שרירים טובים יותר ממה שאתה עושה

לשרירים מלאכותיים יש מגוון רחב של יישומים אפשריים, החל מסייע לבני אדם פצועים וכלה ברובוטים המפעילים, ויש המון דרכים לנסות לבנות אותם. בשנה שעברה, למשל, פיתחו מדענים קבוצה של שרירים מלאכותיים מקו דייג פשוט שיכולים להרים פי 100 יותר מאשר שרירים אנושיים באותו גודל ומשקל. אך טרם התגלה דרך עדיפה בעליל לייצר שריר מזויף.

"ישנם שרירים מלאכותיים המפותחים באמצעות אלסטומרים, סגסוגות זיכרון מעוצבות, מרוכבים פיזואלקטריים, פולימרים מוליכים-יונים וננו-צינורות פחמן, " אומר ון-פין שיח מאוניברסיטת טייוואן הלאומית בטאיפיי. "מנגנוני הנהיגה והתפקודים הם מגוונים מאוד." חלק מסוגי השרירים המלאכותיים מונעים על ידי לחץ, למשל במערכות פנאומטיות, בעוד שאחרים יוצרים תנועה באמצעות שינויי טמפרטורה או זרם חשמלי.

האתגר הגדול עבור יצרני שרירים מלאכותיים היה הנדסת החומרים שלהם להתכופף ולהתכווץ במקביל, כפי שעושים שרירים אמיתיים. כאשר מישהו מגמיש את תנוחת "עשה שריר" הקלאסית, למשל, שריר הזרוע שלהם מתכווץ אך גם מתכופף כלפי מעלה כדי להרים את הזרוע. שיח ועמיתיו ניסו להנדס שריר מלאכותי שיכול להתכופף ולהתכווץ בו זמנית בדרך זו, והם גילו כי המבנה והממדים של עור הבצל דומים מאוד למבנה המיקרו שהיה להם בראש.

כדי להעמיד את הירק החריף במבחן, הקבוצה של שיאה לקחה תחילה שכבה אחת של תאי האפידרמל מבצל טרי וקלוף ושטפה אותו נקי במים. ואז הקפיא הצוות את הבצל להקפיא את המים תוך השארת קירות התא שלו שלמים. תהליך זה הפך את המיקרו-מבנה לקשיח ושביר, ולכן הם טיפלו בבצל בחומצה כדי להסיר חלבון מקשיח תאים הנקרא המיסלולוזה ולהחזרת האלסטיות.

שכבות הבצל נועדו לנוע כמו שרירים על ידי הפיכתם למפעיל אלקטרוסטטי. משמעות הדבר הייתה ציפוי אלקטרודות זהב המוליכות זרם. הזהב הוחל בשני עוביים - 24 ננומטר מלמעלה ו -50 ננומטר בתחתית - כדי ליצור קשיחות כיפוף שונות ולגרום לתאים להתגמש ולהתמתח בדרכים טבעיות. זה התייחד יפה עם הנטייה הטבעית של עור הבצל להתכופף לכיוונים שונים כאשר הוא נתון למתחים שונים בגלל משיכה אלקטרוסטטית.

מתחים נמוכים יותר של 0 עד 50 וולט גרמו לתאים להתארך ולהתפשט מהמבנה המעוקל המקורי שלהם, ואילו מתחים גבוהים יותר של 50 עד 1000 וולט גרמו לשריר הירקות להתכווץ ולהתכופף כלפי מעלה. על ידי שליטה על מתחים אלה כדי לשנות את תנועות השרירים, שניים מסידורי הבצל שימשו כפינצטה לאחיזת כדור כותנה קטן, כך דיווחו שיה ועמיתיהם השבוע במכתבים לפיזיקה שימושית .

אך ההצלחה הזו דרשה מתח גבוה יחסית, דבר ששי מכנה עד היום את החיסרון העיקרי של הרעיון. יש צורך במתח נמוך יותר כדי לשלוט על השריר באמצעות סוללות זעירות או רכיבי מיקרו-מעבד, אשר יתאימו טוב יותר לשתלי כוח או לחלקי רובוט. "עלינו להבין טוב יותר את התצורה והתכונות המכניות של קירות התא כדי להתגבר על אתגר זה, " הוא מציין.

תאי הבצל מספקים יתרונות מסוימים על פני ניסיונות קודמים להשתמש בתאי שריר חיים ליצירת רקמות מלאכותיות, אומר שיח. "טיפוח תאים ליצירת רקמת שריר לייצור כוח משיכה הוא עדיין מאתגר מאוד", אומר שיח. "אנשים ניסו להשתמש בעבר בשרירים חיים. אבל אז איך לשמור על תאי השריר בחיים הופכת לבעיה. אנו משתמשים בתאים צמחיים מכיוון שקירות התא מספקים כוח שרירים בין אם התאים חיים או לא. "

עמידות היא נושא, אם כי: ציפוי הזהב עזר להגן על שרירי הבצל, אך לחות עדיין יכולה לחדור לקירות התא שלהם ולשנות את תכונות החומר. לשיח יש רעיון להתמודד עם בעיה זו, שעשויה להעמיד את מבחן בקרוב. "אנו עשויים להניח את שריר הבצל המלאכותי בשכבת פלואוריד דקה מאוד, " הוא אומר. "זה יהפוך את השריר המלאכותי לבלתי חדיר ללחות אך לא ישנה את הרכות של המכשיר."