Eind januari 2024 is een Japans onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Matter omtrent de inzet van gekweekt spierweefsel voor de ontwikkeling van een biohybride robot. De onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben concreet een robot ontwikkeld, die met behulp van gekweekt skeletspierweefsel tweebenige bewegingen nabootst. Dit geavanceerde onderzoek, geleid door Ryuki Kinjo, Yuya Morimoto, Byeongwook Jo en Shoji Takeuchi, is een nieuwe stap betreffende de integratie van biologische materialen met robottechnologie en biedt nieuwe mogelijkheden in de soft robotica.
Het specifieke onderzoek naar de biohybride robot met twee benen, uitgerust met gekweekt skeletspierweefsel, werd gepubliceerd op 26 januari 2024 in het tijdschrift Matter. De onderzoekers hebben een robot ontwikkeld die biologische kweekspieren combineert met een kunstmatig skelet en die zelfs onder water kan lopen en draaien.
De biohybride robot is in staat tot vooruitgang, kan stoppen en fijne draaibewegingen maken. Dit is een stap voorwaarts in vergelijking met eerdere biohybride robots, die vaak alleen rechtlijnige bewegingen of grote draaibewegingen maken. Door het ontwerp, dat geïnspireerd is op menselijke voortbeweging, kan deze robot wél complexere bewegingen uitvoeren.
Soft robotica
Ook op andere plekken wordt gewerkt aan soft robotica, een vakgebied dat momenteel trending is. Experts in soft robotica van de Queen Mary University of London ontwikkelden bijvoorbeeld een opmerkelijke kunstmatige spier. Deze spier kan in reactie op veranderingen in spanning soepel overschakelen van een zachte naar een harde toestand. Deze technologie heeft ook als doel menselijke spierbewegingen na te bootsen en tegelijkertijd krachten en vervormingen waar te nemen. In de praktijk kan deze kunstmatige spier toegepast worden bij het menselijker en zachter maken van (sociale) robots, maar ook voor de ontwikkeling van slimmere protheses.
In het Japanse project wordt echter gekweekt skeletspierweefsel gebruikt, vanwege het vermogen om chemische energie direct om te zetten in mechanische arbeid. Eerder onderzoek gepubliceerd in Communications Biology bevestigt ook de grote mogelijkheden van toepassingen van kunstmatig gekweekt spierweefsel, niet alleen in de culinaire wereld als gekweekt vlees, maar ook in biorobotica-systemen en biohybride implantaten. De kweek van spierweefsel vereist wel een nauwgezette selectie en samenstelling van cellen en matrixmaterialen zoals hydrogels.
Biohybride robot met skeletspieren
De nieuwe biohybride robot is samengesteld uit een lichtgewicht PDMS lichaam, flexibele substraten en 3D-geprinte benen. Het spierweefsel wordt gestimuleerd met elektrische pulsen, waardoor de robot kan bewegen, stoppen en draaien. De ontwikkeling van de robot omvatte drie stappen: het kweken van het skeletspierweefsel, het vervaardigen van de robotstructuur en het assembleren van die twee componenten. De vernieuwende technologie stelt de robot in staat om met precisie kleine draaicirkels te maken, vergelijkbaar met de manier waarop mensen lopen.
Deze innovatie heeft vele mogelijke praktische toepassingen. In de medische sector kan deze robot bijvoorbeeld helpen bij het ontwikkelen van geavanceerde protheses die natuurlijker bewegen. Bij reddingsoperaties kunnen ze worden ingezet in omgevingen die te gevaarlijk zijn voor mensen. Bovendien kan de entertainmentindustrie profiteren van de ontwikkeling, doordat ze realistischer bewegende robots voor films en themaparken kunnen inzetten.
Zelfherstellende robots en machines
Belangrijk is tot slot dat dit onderzoek bijdraagt aan een beter begrip van hoe biologische en mechanische systemen kunnen samenwerken. De succesvolle integratie van gekweekt spierweefsel met robotica kan mogelijk zelfs leiden tot zelfherstellende robots en machines die erg efficiënt met energie omgaan.
Hoewel de huidige implementatie nog in een vroeg stadium is, gaan we uiteindelijk misschien naar een toekomst waarin biologische wezens en machines steeds meer één worden. In dit kader kun je ook denken aan andere ontwikkelingen zoals de inzet van de brainchip van Neuralink die onlangs voor het eerst bij een proefpersoon is geplaatst. Dit soort technologie opent de deur naar innovaties die niet alleen onze interactie met technologie veranderen, maar roept ook vragen op over wat het nu eigenlijk betekent om levend te zijn.
