Popeye je špinat proslavio kao povrće za izgradnju mišića. Ali povrće će vas jednog dana možda učiniti jačim bez da ga pojedete - kada ih znanstvenici koriste za izgradnju nove klase umjetnih mišića. Ovaj je tjedan tim na Tajvanu predstavio pozlaćene stanice luka koje pokazuju obećanje za širenje, ugovaranje i savijanje u različitim smjerovima poput pravog mišićnog tkiva.
Povezani sadržaj
- Ovaj luk nikad neće učiniti da plačete
- Ovaj robot ima bolje mišiće od vas
Umjetni mišići imaju širok raspon mogućih primjena, od pomaganja ozlijeđenim ljudima do napajanja robota, i postoji puno načina da ih pokušate izgraditi. Prošle godine, na primjer, znanstvenici su razvili skup umjetnih mišića iz jednostavne ribolovne linije koja je mogla podići 100 puta više od ljudskih mišića iste veličine i težine. Ali još nije postojao jasan superiorni način izrade lažnog mišića.
"Postoje umjetni mišići razvijeni pomoću elastomera, legure memorije oblika, piezoelektričnih kompozita, ionsko provodljivih polimera i ugljikovih nanocjevčica", kaže Wen-Pin Shih s Nacionalnog sveučilišta u Tajvanu u Tajpeju. „Pokretački mehanizmi i funkcije vrlo su raznoliki.“ Neki tipovi umjetnih mišića pokreću pritisak, poput pneumatskih sustava, dok drugi stvaraju kretanje kroz temperaturne promjene ili električnu struju.
Glavni izazov koji stvaraju umjetne mišiće bio je izrada materijala kako bi se istovremeno savijali i stezali, kao što to rade pravi mišići. Kada netko savija klasičnu pozu "napravi mišić", na primjer, svoj se biceps steže, ali se također savija prema gore kako bi podigao podlakticu. Shih i njegovi kolege pokušali su izraditi umjetni mišić koji bi se mogao istovremeno savijati i stezati te su otkrili da su struktura i dimenzije luka kože vrlo slične mikrostrukturi koju su imali na umu.
Kako bi gipko povrće postavilo na test, Shihova je grupa prvo uzela jedan sloj epidermalnih stanica iz svježeg, oguljenog luka i isprala ga čistom vodom. Tada je tim luk sušio luk da bi se uklonila voda, a njegovi ćelijski zidovi su ostali netaknuti. Taj je postupak mikrostrukturu pretvorio u krutu i krhku, pa su luk tretirali kiselinom da bi uklonili protein koji učvršćuje stanicu nazvan hemiceluloza i vratili elastičnost.
Slojevi luka napravljeni su da se kreću poput mišića pretvarajući ih u elektrostatički aktuator. To je značilo da ih obloži zlatnim elektrodama, koje provode struju. Zlato se nanosi u dvije debljine - 24 nanometara na vrhu i 50 nanometara na dnu - kako bi se stvorile različite krutosti savijanja i omogućilo da se stanice savijaju i istežu na realan način. Ovo se lijepo uparava s prirodnom tendencijom luka da se luk savija u različitim smjerovima kada je podvrgnut različitim naponima zbog elektrostatičke privlačnosti.
Tim je od stanica luka napravio "pincete" nalik mišićima. (Shih Lab, Nacionalno sveučilište u Tajvanu) Niži naponi od 0 do 50 volti uzrokovali su da se stanice izdužuju i spljošte iz svoje izvorne zakrivljene strukture, dok veći naponi od 50 do 1000 volti uzrokuju da se vegetacijski mišić stegne i savije prema gore. Kontroliranjem ovih napona kako bi se izmjenjivali mišićni pokreti, dva lučka uređaja korištena su kao pinceta za hvatanje male pamučne kuglice, Shih i kolege su ovaj tjedan izvijestili u dopisima primijenjene fizike .
Ali taj je uspjeh zahtijevao relativno visok napon, što Shih naziva glavnim nedostatkom koncepta do danas. Niži naponi potrebni su za kontrolu mišića pomoću sićušnih baterija ili komponenti mikroprocesora, koji bi bili prikladniji za napajanje implantata ili dijelove robota. "Morat ćemo bolje razumjeti konfiguraciju i mehanička svojstva staničnih zidova da bismo lakše prevladali ovaj izazov", napominje.
Stanice luka pružaju neke prednosti u odnosu na prethodne pokušaje upotrebe živih mišićnih stanica za stvaranje umjetnog tkiva, kaže Shih. "Uzgajanje stanica da formiraju dio mišićnog tkiva za stvaranje snage povlačenja i dalje je vrlo izazovno", kaže Shih. „Ljudi su i prije pokušavali koristiti žive mišiće. Ali kako tada održavati živčane mišićne stanice postaje problem. Koristimo biljne stanice jer stanične stijenke daju snagu mišića bilo da su stanice žive ili ne. "
Trajnost je, međutim, problem: Pozlaćivanje je pomoglo da se zaštite lučni mišići, ali vlaga i dalje može prodrijeti u njihove stanične stjenke i promijeniti svojstva materijala. Shih ima ideju riješiti ovaj problem koji bi se uskoro mogao staviti na kušnju. "Možda bismo obložili umjetni mišić luka vrlo tankim slojem fluorida", kaže on. "To će umjetni mišić učiniti nepropusnim za vlagu, ali neće promijeniti mekoću uređaja."
