In onze cellen, en die van de meest bekende levensvormen, bestaan ​​een verscheidenheid aan complexe verbindingen die bekend staan ​​als 'moleculaire motoren'. Deze biologische machines zijn essentieel voor verschillende soorten bewegingen in levende systemen, van de microscopische herschikking of transport van eiwitten binnen een enkele cel tot de macroscopische samentrekking van spierweefsel. Op het kruispunt tussen robotica en nanotechnologie, een zeer gewild doel is het vinden van manieren om de werking van deze kleine moleculaire motoren te benutten om grotere taken op een beheersbare manier uit te voeren. Echter, het bereiken van dit doel zal zeker een uitdaging zijn.

"Tot dusver, hoewel onderzoekers manieren hebben gevonden om de collectieve actie van moleculaire motornetwerken op te schalen om macroscopische contractie aan te tonen, het is nog steeds moeilijk om dergelijke netwerken efficiënt in daadwerkelijke machines te integreren en krachten te genereren die groot genoeg zijn om componenten op macroschaal te activeren, " legt universitair hoofddocent Yuichi Hiratsuka van het Japan Advanced Institute of Science and Technology uit, Japan.

Gelukkig, Dr. Hiratsuka, in samenwerking met Associate Professor Takahiro Nitta van Gifu University en Professor Keisuke Morishima van Osaka University, zowel in Japan, hebben onlangs opmerkelijke vooruitgang geboekt in de zoektocht om de micro met de macro te overbruggen. In hun laatste studie gepubliceerd in Natuurmaterialen , dit onderzoeksteam rapporteerde het ontwerp van een nieuw type actuator aangedreven door twee genetisch gemodificeerde biomoleculaire motoren. Een van de meest aantrekkelijke aspecten van hun biologisch geïnspireerde benadering is dat de actuator zichzelf assembleert uit de basiseiwitten door eenvoudige bestraling met licht. In een kwestie van seconden nadat licht een bepaald gebied raakt, de omringende motoreiwitten fuseren met railachtige eiwitten die microtubuli worden genoemd en rangschikken zichzelf in een hiërarchische macroscopische structuur die lijkt op spiervezels.

Bij formatie rond de doel (verlichte) zone, deze "kunstspier" trekt onmiddellijk samen, en de collectieve kracht van de individuele motoreiwitten wordt versterkt van een moleculaire schaal tot een millimeter. Zoals de wetenschappers experimenteel aantoonden, hun aanpak zou ideaal kunnen zijn voor kleinschalige roboticatoepassingen, zoals het bedienen van microscopische grijpers om biologische monsters te hanteren (Figuur 1). Andere toepassingen op millimeterschaal die ook worden gedemonstreerd, zijn het samenvoegen van afzonderlijke componenten, zoals miniatuurtandwielen, en het aandrijven van minimalistische robotarmen om een ​​insectachtige kruipende microrobot te maken.

Wat ook heel opmerkelijk is aan deze techniek, is dat deze compatibel is met bestaande 3D-printtechnieken die gebruik maken van licht, zoals stereolithografie. Met andere woorden, microrobots met ingebouwde kunstmatige spieren kunnen 3D-afdrukbaar zijn, hun massaproductie mogelijk maken en daarmee hun toepasbaarheid vergroten om verschillende problemen op te lossen. "In de toekomst, onze printbare actuator zou de broodnodige 'actuatorinkt' kunnen worden voor het naadloos 3D-printen van volledige robots. Wij zijn van mening dat een dergelijke op biomoleculen gebaseerde inkt de grens van robotica kan verleggen door het printen van complexe bot- en spiercomponenten die robots nodig hebben om nog meer op levende wezens te lijken, mogelijk te maken. " zegt dr. Hiratsuka.

Een mogelijke verbetering van de huidige techniek zou het vinden van manieren zijn om de kunstmatige spieren efficiënt te decontracteren (reversibiliteit). Alternatief, de huidige strategie kan ook worden gewijzigd om spontaan oscillerend gedrag te produceren in plaats van samentrekking, zoals wordt waargenomen in de mobiele trilhaartjes van microben of in insectenvliegspieren.

In elk geval, deze studie laat effectief zien hoe het nabootsen van de strategieën die de natuur heeft bedacht vaak een recept voor succes is, zoals veel wetenschappers op het gebied van robotica al hebben ontdekt.