Biohybride componenten: Spierweefsel laat robotbenen lopen

Japanse onderzoekers hebben in het laboratorium gekweekt spierweefsel aangesloten op kunstbenen, ze gestimuleerd om te bewegen en ze bestuurd. Met behulp van elektrische impulsen liet het team onder leiding van Shoji Takeuchi van de Universiteit van Tokio de miniatuur ledematen rondlopen in een watertank, zo meldt in een publicatie in het tijdschrift "Matter" op 26 januari 2024. De experimenten geven aanwijzingen over hoe biologische en technische componenten gecombineerd kunnen worden om compactere en efficiëntere "biohybride" robots te maken.

Allereerst kweekten de wetenschappers skeletspiercellen in een petrischaaltje. Vervolgens bevestigden ze de spierstrengen aan twee flexibele siliconen benen van enkele centimeters lang. Toen ze deze constructie onderwierpen aan gerichte elektrische schokken, trok het weefsel samen en zette het paar benen kleine stapjes vooruit. De foto's en video's van de experimenten zijn eerder schattig dan spectaculair - op internet circuleren veel indrukwekkendere beelden van technisch geavanceerde humanoïde machines. Zulke krachtige robots kunnen al lopen en andere complexe bewegingspatronen beheersen. Maar ze zijn lang niet zo veelzijdig als mensen. Ze bevatten met name geen biologische componenten die energie- en ruimtebesparend kunnen werken dan mechanische. Het combineren van de twee zou daarom op de lange termijn voor beslissende vooruitgang kunnen zorgen, ook al zien de eerste pogingen er nog onhandig uit.

Takeuchi's onderzoeksgroep wordt beschouwd als een van de leiders op het gebied van biohybride robotica en haalt al enige tijd het nieuws met verschillende van dit soort systemen, bijvoorbeeld in 2010 met kikkercel-geursensoren en in 2013 met kunstmatige organen. In juni 2022 trok ook een publicatie over gekweekte zelfhelende huid die een robotvinger omhulde de aandacht. Dit riep associaties op met de "Terminator" filmserie met zijn killer robot gemaakt van "levend weefsel over een metalen endoskelet".

Biohybride benen zetten kleine stapjes

De beelden van de nieuwe ontwikkeling uit het laboratorium in Tokio laten echter zien hoe ver zulke ideeën van de werkelijkheid verwijderd zijn. Om de speelgoedachtige benen te laten trillen, moeten de dunne spierstrengen voor elke stap handmatig elektrisch worden gestimuleerd. Zo'n impuls komt elke vijf seconden van een stroomkabel, zodat de ledematen in een minuut nauwelijks meer dan vijf millimeter afleggen. Ze doen er net zo lang over om een draai van 90 graden te maken. Ze hangen in een watertank, omdat de spieren afhankelijk zijn van constante spoeling. Voor dikker en sterker weefsel dat ook in de lucht functioneert, zou een geïntegreerd bloedsomloopsysteem voedingsstoffen naar de cellen moeten brengen. Volgens een persbericht is het team van Takeuchi van plan om elektroden in de robot te integreren voor snellere en gerichtere stimulatie en werkt het ook aan de toevoer van voedingsstoffen. Voorlopig boekt het onderzoek naar cybernetische organismen echter slechts langzame, stapsgewijze vooruitgang.

Spectrum van de wetenschap

Wij zijn partners van Spektrum der Wissenschaft en willen gefundeerde informatie toegankelijker voor je maken. Volg Spektrum der Wissenschaft als je de artikelen leuk vindt.