Popeye učinil špenát slavným jako zelenina na budování svalů. Ale vegetariáni vás jednoho dne mohou posílit, aniž by se najedli - když je vědci používají k vybudování nové třídy umělých svalů. Tento týden tým na Tchaj-wanu odhalil pozlacené cibulovité buňky, které ukazují slibné rozšíření, smrštění a ohýbání v různých směrech stejně jako skutečná svalová tkáň.
Související obsah
- Tato cibule vás nikdy neplaká
- Tento robot má lepší svaly než ty
Umělé svaly mají širokou škálu možných aplikací, od pomoci zraněným lidem až po pohánějící roboty, a existuje mnoho způsobů, jak se je pokusit vybudovat. Například v loňském roce vědci vyvinuli řadu umělých svalů z jednoduchého rybářského vlasce, které by mohly zvednout 100krát více než lidské svaly stejné velikosti a hmotnosti. Zatím se však neobjevil žádný jednoznačně lepší způsob, jak vytvořit falešný sval.
"Jsou vyvinuty umělé svaly pomocí elastomerů, slitin s tvarovou pamětí, piezoelektrických kompozitů, iontově vodivých polymerů a uhlíkových nanotrubic, " říká Wen-Pin Shih z Tchaj-wanské národní univerzity v Tchaj-peji. "Hnací mechanismy a funkce jsou velmi rozmanité." Některé typy umělých svalů jsou poháněny tlakem, například v pneumatických systémech, zatímco jiné vytvářejí pohyb prostřednictvím změn teploty nebo elektrického proudu.
Hlavní výzvou pro výrobce umělých svalů bylo navrhnout jejich materiály tak, aby se ohýbaly a stahovaly současně, jak to dělají skutečné svaly. Když například někdo ohne klasickou póly „make a sval“, jejich biceps se zkrátí, ale také se ohne nahoru a zvedne předloktí. Shih a jeho kolegové se snažili vytvořit umělý sval, který by se současně mohl ohýbat a stahovat, a zjistili, že struktura a rozměry cibule jsou velmi podobné mikrostruktuře, kterou měli na mysli.
Aby testoval štiplavou zeleninu, Shihova skupina nejprve odebrala jednu vrstvu epidermálních buněk z čerstvé, loupané cibule a omyla ji vodou. Poté tým lyofilizoval cibuli, aby odstranil vodu, zatímco její buněčné stěny zůstaly neporušené. Tento proces způsobil, že mikrostruktura byla tuhá a křehká, takže ošetřili cibuli kyselinou, aby odstranili protein ztužující buňky zvaný hemicelulóza a obnovili elasticitu.
Cibule byly vytvořeny tak, aby se pohybovaly jako svaly jejich přeměnou na elektrostatický ovladač. To znamenalo jejich potažení zlatými elektrodami, které vedou proud. Zlato bylo aplikováno ve dvou tloušťkách - 24 nanometrů nahoře a 50 nanometrů na dně - aby se vytvořily různé tuhosti v ohybu a aby se buňky ohýbaly a protahovaly živými způsoby. To bylo pěkně spárováno s přirozenou tendencí cibulovité kůže ohýbat se v různých směrech, když bylo vystaveno různým napětím v důsledku elektrostatické přitažlivosti.
Tým vytvořil svalovité „pinzety“ z cibulových kožních buněk. (Shih Lab, Národní tchajwanská univerzita) Nižší napětí 0 až 50 voltů způsobilo, že se buňky protáhly a zploštěly ze své původní zakřivené struktury, zatímco vyšší napětí 50 až 1 000 voltů způsobily, že se vegetariánský sval smrštěl a ohnul směrem nahoru. Řídením těchto napětí, aby se změnily pohyby svalů, byly dvě uspořádání cibule použity jako pinzeta k uchopení malé bavlněné koule, Shih a kolegové tento týden podávají zprávu v Applied Physics Letters .
Tento úspěch však vyžadoval relativně vysoké napětí, což Shih nazývá dosud hlavní nevýhodou konceptu. K řízení svalu pomocí malých baterií nebo mikroprocesorových komponent je zapotřebí nižší napětí, které by bylo vhodnější pro napájení implantátů nebo částí robotů. "Budeme muset lépe pochopit konfiguraci a mechanické vlastnosti buněčných stěn, abychom tuto výzvu překonali, " poznamenává.
Cibulové buňky poskytují některé výhody oproti předchozím pokusům použít živé svalové buňky k vytvoření umělé tkáně, říká Shih. "Kultivace buněk za účelem vytvoření svalové tkáně pro vytvoření tahové síly je stále velmi náročná, " říká Shih. "Lidé se předtím pokusili použít živý sval." Pak se však problém stává, jak udržet svalové buňky naživu. Používáme rostlinné buňky, protože buněčné stěny zajišťují svalovou sílu, ať už jsou buňky živé nebo ne. “
Trvanlivost je však problém: Pozlacení pomohlo chránit svaly cibule, ale vlhkost může stále pronikat jejich buněčnými stěnami a měnit materiálové vlastnosti. Shih má nápad tento problém vyřešit, což by mohlo být brzy testováno. "Mohli bychom pověsit cibulovitý umělý sval velmi tenkou vrstvou fluoridu, " říká. "Díky tomu bude umělý sval nepropustný pro vlhkost, ale nezmění to měkkost zařízení."
