Popeye a făcut cunoscut spanacul ca legumă pentru construirea mușchilor. Dar legumele s-ar putea să te facă mai puternic, fără să fii mâncat - când oamenii de știință le folosesc pentru a construi o nouă clasă de mușchi artificiali. Săptămâna aceasta, o echipă din Taiwan a prezentat celule de ceapă placate cu aur, care arată promisiuni de extindere, contractare și flexare în direcții diferite la fel ca țesutul muscular real.
Continut Asemanator
- Această ceapă nu te va face să plângi
- Acest robot are mai mulți mușchi decât tine
Mușchii artificiali au o gamă largă de aplicații posibile, de la ajutorul oamenilor răniți până la alimentarea roboților și există o mulțime de modalități de a încerca să le construiască. Anul trecut, de exemplu, oamenii de știință au dezvoltat un set de mușchi artificiali de la linia de pescuit simplă, care ar putea ridica de 100 de ori mai mult decât mușchii umani de aceeași dimensiune și greutate. Dar nu a apărut încă o modalitate clar superioară de a face un mușchi fals.
„Există mușchi artificiali dezvoltați folosind elastomeri, aliaje de memorie de formă, compozite piezoelectrice, polimeri conductori de ioni și nanotuburi de carbon”, spune Wen-Pin Shih, de la Universitatea Națională din Taiwan din Taipei. „Mecanismele și funcțiile de conducere sunt foarte diverse.” Unele tipuri de mușchi artificiali sunt conduși de presiune, cum ar fi în sistemele pneumatice, în timp ce alții creează mișcare prin schimbări de temperatură sau curent electric.
O provocare majoră pentru producătorii de mușchi artificiali a fost realizarea materialelor pentru a se îndoi și a se contracta în același timp, așa cum fac mușchii reali. Când cineva flexează poziția clasică de „a face mușchi”, de exemplu, bicepsul se contractă, dar se apleacă și în sus pentru a ridica antebrațul. Shih și colegii încercau să inginereze un mușchi artificial care să se poată îndoi și să se contracte simultan în acest fel, și au descoperit că structura și dimensiunile pielii de ceapă erau foarte similare cu microstructura pe care o aveau în minte.
Pentru a pune la încercare leguma înțepătoare, grupul lui Shih a luat mai întâi un singur strat de celule epidermice dintr-o ceapă proaspătă curățată și a spălat-o curată cu apă. Apoi, echipa a uscat congelată ceapa pentru a îndepărta apa, lăsând pereții celulari intacti. Acest proces a transformat microstructura rigidă și fragilă, așa că au tratat ceapa cu acid pentru a îndepărta o proteină de rigidizare a celulelor numită hemiceluloză și pentru a restabili elasticitatea.
Straturile de ceapă au fost făcute pentru a se deplasa ca mușchii transformându-i într-un actuator electrostatic. Aceasta însemna acoperirea lor cu electrozi de aur, care conduc curentul. Aurul a fost aplicat în două grosimi - 24 nanometri pe partea de sus și 50 nanometri pe fund - pentru a crea rigidități diferite de îndoire și pentru a face celulele să se flexeze și să se întindă în moduri reale. Acest lucru se împerechează frumos cu tendința naturală a pielii cepei de a se îndoi în direcții diferite atunci când este supusă unor tensiuni diferite datorită atracției electrostatice.
Echipa a făcut „pensete” asemănătoare mușchilor din celulele pielii de ceapă. (Shih Lab, Universitatea Națională din Taiwan) Tensiunile mai mici de 0 până la 50 de volți au determinat alungirea și aplatizarea celulelor din structura lor curbă inițială, în timp ce tensiunile mai mari de 50 până la 1000 de volți au făcut ca mușchiul veggie să se contracte și să se aplece în sus. Prin controlul acestor tensiuni pentru a varia mișcările musculare, două dintre aranjamentele de ceapă au fost folosite ca pensete pentru a strânge o minge de bumbac mică, Shih și colegii raportează săptămâna aceasta în Literele de fizică aplicată .
Dar acel succes a necesitat o tensiune relativ ridicată, ceea ce Shih numește până acum principalul dezavantaj al conceptului. Tensiunile mai mici sunt necesare pentru a controla mușchiul cu baterii minuscule sau componente de microprocesor, care ar fi mai potrivite pentru implanturi de putere sau piese de robot. „Va trebui să înțelegem mai bine configurația și proprietățile mecanice ale pereților celulelor pentru a depăși această provocare”, remarcă el.
Shih spune că celulele cepei oferă unele avantaje față de încercările anterioare de a utiliza celule musculare vii pentru a crea țesut artificial. „Cultivarea celulelor pentru a forma o bucată de țesut muscular pentru a genera rezistența la tragere este încă foarte dificilă”, spune Shih. Oamenii au încercat să folosească mușchi vii înainte. Dar atunci cum să mențineți celulele musculare în viață devine o problemă. Folosim celule vegetale, deoarece pereții celulari asigură forța musculară indiferent dacă celulele sunt vii sau nu. ”
Durabilitatea este totuși o problemă: Placarea cu aur a ajutat la protejarea mușchilor cepei, dar umiditatea poate încă să pătrundă în pereții celulelor și să schimbe proprietățile materialului. Shih are o idee pentru a rezolva această problemă, care ar putea fi pusă în curând la încercare. „Am putea înveli mușchiul artificial de ceapă cu un strat de fluor foarte subțire”, spune el. "Acest lucru va face mușchiul artificial impermeabil la umiditate, dar nu va schimba moale dispozitivului."
