Wenn Muskeln Maschinen bewegen: Harvard-Forscher bauen Roboter aus lebendem Gewebe
Forscher der Harvard Medical School arbeiten an einer neuen Generation von Robotern, die sich bewegen und wachsen können wie lebendige Wesen. Statt herkömmlicher Zahnräder setzen sie auf lebende Muskelfasern, die Antriebe liefern. Die Muskeln sollen künstliche Strukturen antreiben und wachsen. Die Ergebnisse wurden im International Journal of Extreme Manufacturing veröffentlicht. Das Vorhaben wird von Dr. Su-Rion Shin geleitet, die ein Team aus Ingenieuren und Biologen führt.
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Biogibrid-Robotik: Eine neue Klasse von Maschinen
Dieses Vorhaben wird Biogibrid-Robotik genannt: eine Hybridtechnologie, die synthetische Strukturen mit biologischen Komponenten verbindet. Dr. Su-Rion Shin führt das Team aus Ingenieuren und Biologen an. Ziel ist es, funktionale Systeme zu schaffen, die aus beidem bestehen: künstliche Bauteile und lebende Gewebe. Diese Verschmelzung könnte die Art und Weise verändern, wie Roboter funktionieren und sich anpassen.
Zwei Muskeln, zwei Vorteile
Für die Muskelsysteme verwenden die Forscher zwei Typen: Skelettmuskeln, die durch elektrische Signale aktiviert werden, und Herzmuskeln, die rhythmisch von selbst arbeiten. Beide Typen bringen Vorteile, erfordern aber spezielle Bedingungen, um außerhalb des menschlichen Körpers funktionsfähig zu bleiben. Die Muskeln ermöglichen Bewegungen, die mit herkömmlichen Motoren schwer zu erreichen wären.
Wie Muskeln wachsen: Von 3D-Bioprinting bis Selbstorganisation
Für das Wachstum der Muskelfasern nutzen die Wissenschaftler fortschrittliche Methoden wie 3D-Bioprinting, Elektroformen, Mikrofluidik-Systeme und die Selbstorganisation von Zellen. Diese Werkzeuge ermöglichen es, präzise Strukturen zu schaffen, die das Wachstum und die koordinierte Bewegung der Zellen unterstützen und so künstlich erzeugte Muskelfasern in funktionsfähige Antriebe verwandeln.
Hindernisse, Lösungen und Ausblick
Gegenwärtige Prototypen sind noch nicht stark genug oder robust gegenüber äußeren Einflüssen. Das Team verfolgt drei Strategien: 1) Mehrkomponenten- oder Mehrteilungsdruck für höhere Festigkeit, 2) perfusionsbasierte Gerüste, die Nährstoffe zu den Zellen liefern, und 3) modulare Lösungen, die die Anpassungsfähigkeit der Roboter erhöhen. Trotz der Hürden sehen die Forscher große Perspektiven: Biogebridete Technologien könnten in vielen Industriebranchen eingesetzt werden und eine neue Ebene der Interaktion zwischen Technik und lebenden Organismen ermöglichen – mit der Aussicht auf hochpräzise Bewegungen, Adaption und Integration mit dem menschlichen Körper.
