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ARRAIAS ROBÓTICAS FEITAS COM CORAÇÃO DE RATO, ALGA E BARBATANAS DE PLÁSTICO!

ARRAIAS ROBÓTICAS FEITAS COM CORAÇÃO DE RATO, ALGA E BARBATANAS DE PLÁSTICO! 

Peixe Biônico Controlado Com Luz

Edição Vol. 3, N. 14, 10 de Agosto de 2016

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2016.08.11.003

Cientistas construíram uma arraia robótica feito de células musculares do coração de um rato, um esqueleto de ouro, barbatanas de plástico e proteínas de algas ativadas pela luz, por que não?

O prof. Dr. Sung-Jin Park liderou o projeto, que foi publicado na revista científica Science. Os pequenos robôs, de 16 milímetros de comprimento, levaram cerca de uma semana para sua construção, principalmente por causa do tempo que se leva para crescerem as células musculares do coração no molde de arraia (Figura 1). O Dr. Park é cientista do laboratório Kevin Kit Parker na Universidade de Harvard, que há quatro anos fez uma água-viva robô biohíbrida. “A água-viva era impossível de controlar”, diz Dr. Park, um desafio superado com o uso da arraia, que é comparativamente mais ágil.

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Figura 1: A arraia biomecânica, numa lâmina de vidro. Imagem Science/Karaghen Hudson & Michael Rosnach. A arraia robótica é impulsionada para a frente quando estimulada com rajadas de luz LED. https://s3.amazonaws.com/files.technologyreview.com/p/pub/files/robotic.stingray2x400.mp4

Arraias são “um modelo ideal” para a próxima geração de veículos submarinos autônomos. Arraias manta são nadadores muito eficientes e modelar o seu deslizamento submarino poderia fornecer um meio promissor para a conservação de energia. O robô do Dr. Park é baseado em uma espécie de arraias diferentes, mas os mesmos princípios se aplicam.

As arraias robóticas são feitas em quatro camadas em um molde de titânio (Figura 2). Uma camada de polímero elástico é cortada com laser na forma de arraia, seguida por um esqueleto de ouro fino. Este é coberto com uma segunda camada elástica antes de as células do músculo cardíaco serem implantadas (1).

Quando as células do músculo cardíaco são ativadas, o sinal de contração se espalha para baixo através das células em uma linha. O Dr. Park alinhou as células, que obteve de um coração de rato, em um padrão zig-zag de serpentina ao longo das barbatanas da arraia. Isso permite que as barbatanas se movam em ondulações, com a contração se espalhando da parte da frente para trás (1).

É claro que a arraia robótica não é uma réplica perfeita do animal real (Figura 2). Os músculos do robô só podem contrair-se para baixo. Arraias reais têm uma segunda camada muscular para grandes movimentos para cima, enquanto o robô utiliza a energia elástica do esqueleto de ouro para mover suas barbatanas de volta para seu lugar. “É por isso que acho que há uma lacuna de desempenho e adicionar uma segunda camada pode fechar essa lacuna”, diz Park.

Os músculos são controlados através da luz através de uma técnica conhecida como optogenética (veja mais em (2) ILUMINANDO O CÉREBRO COM NANOPARTÍCULAS DE OURO E LUZ). Neste caso, o gene para uma proteína derivada de algas é inserido nas células musculares. A luz azul faz com que esta proteína ative o tecido muscular.

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Figura 2: A arraia robótica (à esquerda) foi modelada com base no pequeno espécime de arraia, Leucoraja erinacea (à direita), em escala de um para dez.

Cerca de 200.000 células do músculo cardíaco obtidas a partir de um rato movem o esqueleto de ouro e as barbatanas de polímeros da arraia robótica.

Este tipo de Biobot já foi construído anteriormente, mas a arraia do Dr. Park mostra maior capacidade de manobra. Park guiou o robô com luzes LED através de um curso de obstáculo simples, mostrando que a arraia supera outros robôs biohíbridos em velocidade, distância e durabilidade. Ainda assim, as arraias não são exatamente nadadores olímpicos, viajando apenas 1,5 milímetros por segundo em uma pista com obstáculos de 250 milímetros, ou 25 centímetros (1).

Quanto ao porquê alguém iria querer uma pequena arraia robótica, Park diz que ele está simplesmente “interessado no modelo biológico, construindo estes circuitos e projetando uma via de sinalização.” O desenvolvimento de modelos de como tecidos cardíacos engenheirados se contraem podem ajudar no desenvolvimento de futuros órgãos artificiais. Simples assim, essa é a ciência básica… Outra dica para nossos governantes.

O uso de músculos biológicos reais pode levar a uma assinatura de ruído excepcionalmente silenciosa em comparação com outras tecnologias. Isso é importante para uma variedade de aplicações, desde a produção de veículos de reconhecimento furtivos (em caso de guerra, por exemplo) até ao desenvolvimento de dispositivos que possam, de forma não invasiva, acompanhar espécies e observar seus comportamentos.

Fonte: Ryan Cruz

Referências

1.Park SJ, Gazzola M, Park KS, Park S, Di Santo V, Blevins EL, et al. Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray. Science. 2016;353(6295):158-62.

2.News N. ILUMINANDO O CÉREBRO COM NANOPARTÍCULAS DE OURO E LUZ. Nanocell News. 2015;2(11).

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