Biohybrid Robotlar Nedir?

Biyohy robotları, metallerden inşa edilen geleneksel robotlardan, plastiklerden ve silikondan, bu cihazlardan oluşan uyumsuz, enerji verimliliği ve kendini ayrıştıran biyolojik dokular, aktif olarak hareket eden ve doğal organizmalarda bulunan aynı biyokimyasal sinyallerin özelliklerini içeren sistemlere cevap verir.Bu entegrasyon, küçük ışınların, canlı kasların, hatta kırılgan nesnelerdeki konforların ve hassas nesnelerdeki özellikleri gibi hafif bir şekilde çalışır.

Biyohybrid robotlarının tanımlı özelliği, canlı ve sentetik parçalar arasındaki sorunsuz bir darbedir.Bir yemekte basit hücre kültürlerinden farklı olarak, bu makineler açık mekanik işlevle tasarlanmıştır: dokular onu üretir ve arayüz kullanılabilirliği sağlar. Bu, zihinsel olarak, zihinsel hataların ortadan kaldırılması ve biyoküme edilebilirliği sağlar.

Biohybrid Robotların Arkasındaki Bilim

Biyohybrid robotlarının gelişimi kök hücre biyolojisinin, doku mühendisliği, yumuşak malzemeler bilimi ve mikroelektronikların kesiştiği bir şekilde, kas hücrelerinin yetiştirilmesi veya böcek-derived- kontrollü bir laboratuvar ortamında oturur. Bu hücreler, organik nörotranstlar veya elektrik alanlarının ortaya çıkmasını engelleyen veya biyotransparatorlukların veya elektriksel alanların yeniden tanımlanmasında kuvvet yaratır.

İndüklenen pluripotent kök hücreler (iPSC) araştırmacıların hastaya özgü kas dokusu üretmesine izin verir, alanda faaliyet gösteren kişisel biyohiper implantlar için kapıyı açar.

Biyolojik Görevler: The Living Motor

Her biyohybrid robotun kalbi biyolojik bir uyarıda bulunur – kimyasal enerjiyi doğrudan mekanik çalışmalara dönüştüren dokudur. Bu eylemciler genellikle kalpli kas hücrelerinden türebilmektedirler, ki bu da iskeletsel kas hücrelerine sahiptir, bu da dışsal uyarı gerektirir, ancak farklı bir kontrol mekanizması sunar.

Araştırmacılar, radially'in doğal uyumunu sağlamak için "korunan halkalar" geliştirdiler, çünkü bu tür yapıların fiziksel olarak dağıtılması için 3D biyoprinting kullanımı kesin olarak kanıtlanmış, karmaşık mimarilerle hareket eden eylemlere sahip kişiler oluşturmak için.Bu basılı kas şeritleri paralel olarak, baskılı kas şeritler, baskılı kasların azaltılması sırasında damarlama sınırlamaları ortadan kaldırmak için, bu tür bir şekilde ortaya çıkarabilirler.

Sentetik Çerçeveler ve Scaffolding

Başarılı bir biyohybrid robotu, canlı organizmalardaki kemik ve tendonların rolünü taklit eden yapısal bir iskelet gerektirir. Bu çerçeveler, 3D baskı, kalıp veya fotolitolojiyi hücreler için karmaşık geometriler oluşturmak için tasarlanmıştır. Common malzemeler poliditilsiloxane (PDMS), esnek bir silikon ve polipikreli glycol (PEG) bir moist, veya fotolitik bir ortam sağlayan hücreler için karmaşık bir ortam sağlar. Bazı scaffoldslar doku olgunları yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş bir biyolojik bir yapı sağlar.

Şekil-memory polimerleri, Illinois Üniversitesindeki araştırmacıların, kaszoelektrik elementlerine yanıt veren, başka bir işlev katmanı ekleyerek, depolama sırasında sert kalabilir ve implante edildiğinde esnek hale gelir.Bu, robotun kendi hareketini izlediği ve uyumsuz davranışlarına izin verir.

Kontrol Sistemleri ve Biyoelektronik

Biyohip robotun eylemleri biyolojik sinyalleri okuyan ve hassas uyarı kalıpları sunan bir arayüz talep eder. Geleneksel elektrot dizileri kas sözleşmelerini tetikleyebilir, ancak kas levhası boyunca zararlı dokular ve kablolamaları kısıtlar. Bazı tasarımları, optik hareket ve kimyasal uyarıları üretmek için biyolojik hızlayıcı hücreleri kullanır. Örneğin, diğerlerinden gelen bir robot ışınlama sistemleri, kas levhaları kontrol eden bir dizi ışık darbesi ile yönlendirilir - kas levhası ile ilgili olarak, makineyi kontrol eder veya doğrulayın.

Son zamanlarda yapılan çalışmalar, yumuşak dokuya uygun esnek substratlarla mikro-elektrode dizilerini entegre etti, rasyon olmadan kas aktivitesinin uzun vadeli kaydına izin veriyor. Makine öğrenme algoritmaları, kas yorgunluğunun ve hasarların elektrik imzalarını, robotun yaralamamasını sağlamak için davranışları değiştirmek için eğitilmiştir.

Biohybrid Robotların Anahtarları

Biyohybrid robotun tasarımı dört entegre alt sistem etrafında dönüyor:

  • [FONT:0]Biological Agent:[Dönetici:[Dönetici: 0) Mühendisli kas dokusu veya hücresel, optik veya kimyasal stimulilere yanıt veren hücreli monokat tipi.Bu canlı motor, eşsiz bir uyum sağlar ve kendini küçük hasara uğratma yeteneği sunar. Gelişmiş eylemciler, eşleştirilmiş agonist-antagonist konfigürasyonlara yanıt veren çoklu kas tiplerini içerir.
  • [FONT:0]Syning Chassis:[Dönetici:[Dönetici:0)) Biyodeable elastomerler, kendi kendine özgü polimerler gibi malzemeler, doku mekaniğine giderek daha fazla alışmak için kullanılır.
  • [FONT=0]Stimulation Interface:[Dönetici:[Dönetici: 0) Mekanik sistemler kontrol sinyalleri biyolojik eylemciye teslim eden optik fiberler veya mikrofluidik limanlar. Optogenetic arabirimler spatiotemporal hassas sunarken, mikrofluidic sistemler kontrollü kimyasal salıvermelere izin verir.
  • [FONT:0)Energy ve Nutrient Supply:[Dönetici: 0,4] A, yaşam dokusunu sürdürmek, genellikle bir kültür orta banyo veya bütün damar benzeri kanallar aracılığıyla. Future robotlar minyatür pompalar, encapsulation stratejileri veya biyotik organizmalara mikroalgae gibi fotosentezleri gerektirecektir.

Birlikte, bu elementler, adaptasyon, büyüme gibi özellikleri gösteren bir makine yaratır ve hatta nöronal ağlarla çiftleştiğinde ilkel bir öğrenme biçimi gerektirir.Kirli teslimatta bir başarısızlık, kasten ve doku arasındaki bir yanlış eşleştirmeyi öldürebilirken, birden çok disiplinde başarılı bir entegrasyon, mekanik tasarıma kadar uzmanlık gerektirir.

Potansiyel Uygulamalar

Biyohybrid robotlarının eşsiz özellikleri -hidrasyon, özerklik ve biyolojik uyumluluk - katı elektronik robotların kolayca giremeyeceği geniş bir uygulama alanı açıyor.Kendilerini iç organların kontratlarına, küçük çevresel sentinels'e, görevlerini tamamladıktan sonra, olasılıkların kendilerini, gıda işleme, horticulture ve doku mühendisliği gibi hassas bir şekilde ele geçirebilen, canlı kaslardan yararlanabileceği kadar geniş bir uygulama alanı açıyor.

Tıbbi Yenilikler

Tıp genellikle, biyohiper robotiklerin en acil faydalanıcısı olarak ifade edilir. Araştırmacılar kanını yönlendiren mikro ölçekli robotlar, kimyasal gradients tarafından yönlendirilen, ilaçlar tam olarak bir tümöre entegre edebilir, sağlıklı doku ve miniz yan etkiler.Bu tür makineler biyodüşüklü polimerlerden inşa edilebilir ve hastanın kendi hücreleri, görevlerini bir kez dahil eden bir kez daha ortaya çıkarabilecektir.

Başka bir umut verici alan tekrarjeneratif implantlar. Biyohybrid scaffolds tohumlama kas veya sinir hücreleri ile tohumlama ihtiyacının giderilmesine yardımcı olabilir, biyohybridaller hastalarını yüz pariz ile entegre edebilir, bir kalp krizinin üzerinde yerleştirilen bir biyohybridalin testi, bu tedavilerin kullanımı yüksek derecede kişiselleştirilmiş olabilir.In ophthalmology, biohybridaller sağlanmış dokularda göz ardı edilebilir.

Çevresel İzleme ve Yeniden Araçlama

Geleneksel sualtı robotları gürültülü, kabaklı türler, sık sık sık çalışmak için istedikleri çok ekosistemleri rahatsız ediyor. Biohybrid yüzücüler balık veya ışınların deniz habitatlarına doğru bir şekilde karışabilmesi için, sessiz kas odaklı propulsion neden hassas türlerin inpostize edilmesi, biyolojik olarak değişebilir, bir robotun güvenli seviyelere dönmesi ve çevreyi beslemekten sonra kimyasal bir şekilde yıkanmasını sağlıyor.

Chicago Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, yeni bir balık balığının verimliliğini takip ederken, bir başka ekip, su kalitesini veya temiz bir yağ dökmesini sağlayan bir robotu yarattı.Bu cihazlar kimyasal gradyanları takip etmeye olanak sağlar.

Endüstriyel Üretim ve Yumuşak Robotik

Üretimde, biyohybridaller yumuşak, düzensiz veya sert nesnelerle ilgilenmeye devam ederler. Yaşam kaslarından bir kıvrım, olgunlaşan bir ⁇ şekline uygun olabilir, aynı yumuşaklık, bu robotların insan işbirliği için doğal olarak güvenli hale getirir, ağır koruyucular için ihtiyacı ortadan kaldırır. Çünkü kas dokular yalnızca şeker ve oksijen tüketiyor, vücut yağlarının yağdırdığı ısıtılabilir.

Gıda endüstrisi özellikle de hasarsız üretebilen biyohiperlerle ilgileniyor. Denemeler, şu anda el değmemiş bir el yapımı gerektiren bir kasvetli tutma ve yer maviberlerin, tekrarlayan hareket gerektiren uygulamalar için idealize olduğunu göstermiştir. tekstil üretiminde, biyohybriderler, geleneksel motorların aşınma ve yıpranma ayarlarının yapıldığı yerdeki kumaşları manipüle edebilir.

Etik ve Düzenlemeler

Biyohybrid robotları yaşam hücreleri dahil, şu anki inşaların acı veya bilinç sahibi olabileceğini öne çıkarırlar, ancak sinir organoidlerinin hızlı bir şekilde dahil edilmesi, insan hakları için gerekli olan bir alandır.

Temel etik bir konu, basit kas tabanlı robotlardan, sinirsel dokuya acı çekme yeteneğine sahip yaratıklara kadar farklı davranabilmeleri için "slippery yamaç"tır, ancak bu ağların göndermediği basit nöronal ağları içerir, ancak bu ağlardan gelen hücreler, onları saf bir şekilde mekanik robota göre farklı davranmamız gerektiği konusunda farklı bir şekilde yükseltirler. Hayvan hakları perspektifleri de değişir: bir sıçan kalbini kullanarak, sıçanın diğer amaçlar için euthanized edilmesi gerektiğinde kabul edilebilirlik sağlar.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Büyük sözlerine rağmen, biyohybrid robotları birkaç gün boyunca hayatta kalan engellerle karşı karşıya kalır.Bu tür hastalıklar arasında temel olarak, bir vücut dışındaki kas dokusu, tam olarak kontrol edilen koşullardan vazgeçilmeden önce bir araya gelir.Aksiyeltengençlerin daha fazla kalması, daha büyük bir engel teşkil eder; daha büyük bir şeker sağlayan ve hızlı bir şekilde oksijen limitleri yaratarak, bu tedarik eder.

İntegra karmaşıklığı, canlı dokular elektronik kontrol devreleriyle sorunsuz bir şekilde iletişim kurmalı.Inflammatoryal yanıtlar için elektrotoksit, ve mikromonik bir deneyde hızla tüm bu bilgileri otomatik olarak öldürebilecek şekilde, mikrop, biyo-yağlı elastomerler veya kas rejimlerin ekileri ile birlikte, bu tür bir robotun zihinsel davranışın ortaya çıkmasını sağlamak için, mikropüresel bir şekilde analiz edebilmeleri gerekir.

Bir başka kritik meydan okuma standartlaştırma ve yenidenroditeability. Biohybrid robotlar doğal olarak değişkendir çünkü biyolojik sistemler değişkendir. Aynı hücre hattından gelen iki kas kültürü sadece biyolojik inovasyonu değil, aynı zamanda üretim, malzeme bilimi ve sistemleri mühendisliğinde de ilerlemeleri içerir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Biyohy robotları bir mühendislik merakından daha fazlasıdır; onlar, yaşam ve makine arasındaki sınırı silen bir teknoloji biçimidir.Tifrik sistemlere karşı biyolojik sistemlerin verimliliğini ve optimizasyonunu kullanarak, bu geleceğin mükemmelleştirilmesi, doku mühendisliği, malzemeler bilimi ve etik olarak kabul edilen sorunlara çözüm sunarlar, ancak yarınki mekaniksel mekanizmaların yeniden inşa edilmesi gereken mekanizmaların yeniden yapılandırılması, doğaüstü sistemlere olan yeni bir şekilde yeniden tanımlanması anlamına gelir.