Een robotachtige grijparm die gemanipuleerde bacteriën gebruikt om naar een specifieke chemische stof te "proeven", is ontwikkeld door ingenieurs van de Universiteit van Californië, Davis, en Carnegie Mellon University. De grijper is een proof-of-concept voor biologisch gebaseerde zachte robotica.

"Onze langetermijnvisie gaat over het bouwen van een synthetische microbiota voor zachte robots die kunnen helpen bij reparatie, energieopwekking of biosensing van het milieu, " zei Cheemeng Tan, assistent-professor biomedische technologie aan UC Davis. Het werk werd op 26 juni gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap Robotica .

Zachte robotica maakt gebruik van lichtgewicht, flexibele en zachte materialen om machines te maken die passen bij de veelzijdigheid van levende wezens, en zachte robotontwerpen halen vaak inspiratie uit de natuur. Het toevoegen van echte levende cellen aan zachte robots brengt wetenschappers weer een stap dichter bij het creëren van biologisch-mechanische hybride machines.

"Door ons werk in flexibele elektronica en robothuid te combineren met synthetische biologie, we zijn dichter bij toekomstige doorbraken zoals zachte biohybride robots die hun capaciteiten kunnen aanpassen aan zintuigen, voelen en bewegen als reactie op veranderingen in hun omgevingsomstandigheden, " zei Carmel Majidi, een co-auteur en universitair hoofddocent werktuigbouwkunde bij CMU.

Biosensing met gemanipuleerde bacteriën

Het nieuwe apparaat maakt gebruik van een biosensing-module op basis van E. coli-bacteriën die zijn ontwikkeld om te reageren op de chemische IPTG door een fluorescerend eiwit te produceren. De bacteriecellen verblijven in putjes met een flexibele, poreus membraan dat chemicaliën doorlaat, maar de cellen binnen houdt. Deze biosensing-module is ingebouwd in het oppervlak van een flexibele grijper op een robotarm, zodat de grijper via zijn vingers de omgeving kan "proeven".

Wanneer IPTG het membraan in de kamer passeert, de cellen fluoresceren en elektronische circuits in de module detecteren het licht. Het elektrische signaal gaat naar de regeleenheid van de grijper, die kan beslissen of ze iets oppakken of vrijgeven.

Als proef, de grijper kon een laboratoriumwaterbad controleren op IPTG en vervolgens beslissen of hij een object in het bad wilde plaatsen.

Tot dusver, deze biohybride bot kan maar één ding proeven en het is moeilijk om systemen te ontwerpen die veranderende concentraties kunnen detecteren, zei Tan. Een andere uitdaging is het in stand houden van een stabiele populatie microben in, of op, een robot - vergelijkbaar met het microbioom of ecosysteem van bacteriën en schimmels die in of op ons eigen lichaam leven en veel nuttige functies voor ons vervullen.

Biohybride systemen bieden mogelijk meer flexibiliteit dan conventionele robotica, hij zei. Bacteriën kunnen worden ontworpen voor verschillende functies op de robot:het detecteren van chemicaliën, polymeren maken voor reparaties of energieopwekking, bijvoorbeeld.