Robôs vivos nadadores podem se autotreinar

Os roboticistas visam imitar o que as entidades biológicas naturais alcançaram – ações como se mover, adaptar-se ao ambiente ou sentir. Além dos robôs rígidos tradicionais, o campo da robótica suave surgiu recentemente usando materiais flexíveis e compatíveis, capazes de se adaptar ao ambiente com mais eficiência do que os rígidos. Com esse objetivo em mente, os cientistas têm trabalhado no campo de robôs biohíbridos ou biobots. Estes geralmente são compostos de tecido muscular, cardíaco ou esquelético, e um andaime artificial que pode engatinhar, agarrar ou nadar. Infelizmente, os biobots atuais são incapazes de imitar o desempenho de entidades naturais em termos de mobilidade e força.

Os pesquisadores superaram ambos os desafios usando ferramentas de bioengenharia. Eles aplicaram bioimpressão 3D e design de engenharia para o desenvolvimento de biobots na faixa de centímetros que podem nadar e navegar como peixes com velocidades sem precedentes. A chave é o uso da contração espontânea de materiais baseados em células musculares com um esqueleto muito flexível.

Em vez de trabalhar com andaimes rígidos ou amarrados para preparar robôs artificiais, os pesquisadores usaram robôs biológicos baseados em uma mola serpentina flexível feita de um polímero chamado PDMS, que foi projetado e otimizado por meio de simulações e depois impresso usando tecnologia de impressão 3D. A vantagem deste scaffold inovador está no melhor treinamento e desenvolvimento do tecido através da auto-estimulação mecânica em contrações espontâneas, que cria um loop de feedback devido à força restauradora da mola. Este evento de autotreinamento leva a uma atuação aprimorada e maior força de contração. Tais molas serpentinas não foram incluídas antes em um sistema vivo robótico macio. Além da capacidade de auto-treinamento, os nadadores biohíbridos baseados em células musculares esqueléticas moviam-se a velocidades 791 vezes mais rápidas do que os biobots baseados em músculos esqueléticos atuais e eram comparáveis ​​com outros bionadadores baseados em cardiomiócitos (baseados em células cardíacas).

Os novos biobots também foram capazes de realizar outros movimentos. Eles eram capazes de costear quando colocados perto da superfície do fundo, assemelhando-se ao estilo de natação de certos peixes caracterizados por rajadas esporádicas seguidas de fases de costa.

O trabalho também tem aplicações na entrega de drogas e no desenvolvimento de próteses biônicas.