Каким бы не было конечное применение технологии, никто не был удивлен больше, увидев крошечных мускулоботов наконец в движении, чем Карло Монтемагно, микроинженер, чья команда занимается их разработкой в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса. В течение трех лет Монтемагно и его команда безуспешно пытались использовать живую мышечную ткань для приведения в движение микромашины. Каково же было удивление ученых, когда, взглянув в микроскоп, они увидели, что их последняя версия мускулобота работает.
Устройство представляет собой кремниевую дугу толщиной в 50 микрометров, к внутренней стороне которой прикреплена связка волокон сердечной мышцы. Сокращение и ослабление этой сердечной ткани позволяет дуге сгибаться и разгибаться, производя ползающее движение бота. Мышца «заправлена» простым питательным веществом глюкозы из чашки Петри.
В перспективе, использование живой мышцы с целью питания микроэлектромеханических систем – отличная альтернатива микродвигателям. В то время как двигателям требуется электричество, мышцы могут получать энергию из глюкозы – возможно, той, которая образуется на поверхности, где будет работать робот.
Достижением команды ученых из Калифорнийского университета стала разработка автоматизированного способа прикрепления мышечной ткани к такому веществу как кремний. Команда вырезала каркас в форме дуги из кремниевой пластины с помощью автоматизированного оборудования для производства микрокристалла, и покрыла его специальным полимером. Затем они вытравили покрытие на нижней стороне дуги и нанесли туда пленку из золота. Эта пленка выступила в роли клеящего материала для мышечных клеток. Чтобы вырастить мускулу, каркас поместили в чашку Петри, содержащую мышечные клетки из сердца крысы в питательной среде из глюкозы. За три дня мышечные клетки превратились в волокна из мускулов, которые прилепились к нижней стороне дуги, покрытой золотом, формируя цепь из сердечной мышцы длиной с дугу. Во время этого процесса дуга была зафиксирована балкой. Как только балку убрали, мускулобот немедленно начал ползать со скоростью до 40 микрометров в секунду. Геометрия мускулобота обеспечивает перемещение его в одном направлении вместо того, чтобы просто сжиматься и разжиматься на месте (см. рисунок).
Монтемагно теперь хочет использовать эту технологию для того, чтобы помочь людям с поврежденными грудобрюшными нервами. Эти нервы стимулируют диафрагму с тем, чтобы мы могли дышать, а повреждение означает, что пациенты зачастую нуждаются в искусственной вентиляции легких.
Вместо того чтобы перемещать «ножки» мускулобота, мышечные волокна будут сгибать кусочек пьезоэлектрического материала и генерировать несколько милливольт для стимуляции грудобрюшного нерва. Использование клеток из собственного сердца пациента предотвратит отторжение имплантанта, а мускул будет питаться глюкозой, содержащейся в крови.
Исходная задача, поставленная перед командой Монтемагно Институтом передовых технологий NASA, заключалась в том, чтобы спроектировать питающуюся от мускулов микромашину, которая смогла бы находить и заделывать пробоины от микрометеоритов на космическом корабле. Однако, подчеркивает Монтемагно, такое применение технологии появится лишь несколькими десятилетиями позже. «Еще даже не изучался вопрос общения микроботов друг с другом», - подчеркивает он. Или об источнике их питания в космосе. Так что вполне возможно, что в будущем мы увидим покрытые сахаром космические станции!
«New Scientist» 27.02.2004
