IT之家 Nachricht vom 28. Oktober: Die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich) veröffentlichte am 22. Oktober einen Blogbeitrag,der einen biologisch-hybridischen Mikroroboter präsentiert, der aus Skelettmuskelzellen von Mäusen und einem Hydrogelgerüst besteht und springen, rennen, schwimmen und greifen kann.
IT之家 fügt das entsprechende Demonstrationsvideo bei:
Diese Arbeit integriert erstmals lebendes Skelettmuskelgewebe mit einem flexiblen Hydrogelgerüst, das im Computer gemeinsam entworfen wurde, um einen etwa 1.5 Zentimeter langen „Biologischen Aktor“ herzustellen. Bei elektrischer Impulsstimulation erzeugt er eine mit bloßem Auge sichtbare Beugebewegung und treibt den Mikroroboter zu Bewegungen wie Springen, Schwimmen, Kriechen und Greifen an.
Das Team der Hochschule weist darauf hin, dass im Labor gezüchtete Muskeln zwar schon immer kontrahieren konnten, die Amplitude jedoch oft so gering war, dass sie nur unter dem Mikroskop beobachtet werden konnte und ein echter Roboterantrieb schwierig war. Der Durchbruch der neuen Forschung liegt in der Neugestaltung der Wechselwirkung zwischen Muskel und Gerüst: Ein Algorithmus optimiert gleichzeitig die Verteilung und das Volumen des Muskelgewebes sowie Form und mechanische Eigenschaften des Hydrogelgerüsts, sodass Muskelkontraktionen möglichst effizient in eine Gesamtverformung umgewandelt werden.
Bei der Herstellung verwendete das Team eine photopolymerisierende 3D-Drucktechnik namens Xolography, bei der das Hydrogel mithilfe von Licht ausgehärtet wird; der Druck eines einzelnen Gerüsts dauert etwa eine Minute.
Die Ergebnisse zeigen, dass der neue Aktor bei ähnlicher Muskelmasse eine Bewegungsamplitude von bis zum 11-Fachen früherer Systeme erreichen kann. Eine einzige Kontraktion lässt das Gerät etwa 5 Millimeter vom Boden der Petrischale abspringen, was einem Drittel seiner Körperlänge entspricht; die gehende Version erreicht eine Geschwindigkeit von 6.2 Millimetern pro Sekunde, etwa 0.4 Körperlängen pro Sekunde, was laut der Studie die bislang berichtete Höchstgeschwindigkeit eines gehenden biologisch-hybridischen Roboters ist.
Allerdings sind solche Roboter von einer praktischen Anwendung noch weit entfernt. Ihr Muskelgewebe kann nur in Nährlösung überleben und funktioniert außerhalb des Labors nicht; für eine Vergrößerung des Volumens wäre möglicherweise ein System ähnlich einem „künstlichen Blutkreislauf“ nötig, das kontinuierlich Sauerstoff und Nährstoffe zuführt und Stoffwechselabfälle entfernt.