In den letzten Jahrzehnten hat die Robotik bedeutende Ergebnisse erzielt. Vierbeinroboter, Radroboter, hochpräzise Manipulatoren - all dies ist nur ein Teil der Fülle von Modellen, die wir jetzt beobachten. Von allen Robotertypen wird das größte Interesse gewöhnlicher Menschen und Wissenschaftler möglicherweise durch humanoide Systeme verursacht. Solche Geräte helfen jetzt aktiv Menschen - sie werden in der Hotellerie, in wissenschaftlichen und militärischen Entwicklungen, im Alltag und in der Medizin eingesetzt. Ein Beispiel für die fortschrittlichsten Modelle sind
Kenshiro und
Eccerobot . Diese Roboter haben ein Analogon von Knochen und Muskeln (die Entwickler planten ursprünglich, die Struktur des menschlichen Körpers zu wiederholen), so dass ihre Bewegungen denen des Menschen ähneln.
Da die Anatomie dieser Roboter dem Original nahe kommt, erwägen einige Wissenschaftler die Möglichkeit, aus solchen Systemen sogenannte Bioreaktoren herzustellen. Der Zweck eines
Bioreaktors besteht darin, optimale Bedingungen für das Leben der darin kultivierten Zellen und Mikroorganismen zu schaffen, nämlich die Atmung, Stromversorgung und Entfernung von Metaboliten durch gleichmäßiges Mischen der Gas- und Flüssigkeitskomponenten des Inhalts des Bioreaktors zu gewährleisten. Dieser Artikel befasst sich mit Gewebewachstumssystemen zur Transplantation an menschliche Patienten. Während Organe von Spendern zur Transplantation entnommen werden können, benötigen Ärzte häufig Sehnen, Bänder, Knochen und Knorpel. Nach und nach lernen sie, sie zu züchten, aber um die „Produktion in Betrieb zu nehmen“, werden Bioreaktoren benötigt, in denen Gewebefragmente gemäß den angegebenen Parametern gezüchtet werden können.
Damit die Eigenschaften solcher Gewebe die Kriterien für die Transplantation erfüllen, müssen sie außerdem unter bestimmten Bedingungen gezüchtet werden, einschließlich des Vorhandenseins von Substanzen, die für das Wachstum erforderlich sind, und einer bestimmten mechanischen Belastung oder mechanischen Stimulation, wie dieser Faktor auch genannt wird.
Leider ist dies nicht so einfach, da das Design moderner Bioreaktoren weitgehend primitiv ist. In einem mechanischen Bioreaktor wird mit einem mechanischen Mischer gemischt, was einerseits zu einem unzureichend gleichmäßigen Mischen und andererseits zum Absterben von Mikroorganismen führt. Der Mischmodus kann geändert werden, es ist jedoch schwierig, diesen Reaktortyp als optimal zu bezeichnen. Die Prozesse, die in einem realen Körper ablaufen, einschließlich mechanischer Belastungen, können solche Reaktoren nicht reproduzieren. Infolgedessen leidet die Qualität des gewachsenen Gewebes.
Das optimale Design des Bioreaktors sollte die Möglichkeit beinhalten, mechanische Belastungen für verschiedene Richtungen hinzuzufügen und die Art der mechanischen Belastungen für Gewebe verschiedener Typen entsprechend der anatomischen Lage bestimmter Gewebe und der allgemeinen Übereinstimmung der Bedingungen für das Wachstum von Geweben mit den Bedingungen im menschlichen Körper nachzuahmen.
Laut dem Biologen Andrew Carr (Andrew Carr) und seinen Kollegen sollte das Design des Bioreaktors die Anatomie des menschlichen Körpers wiederholen - die Teile davon, für die Gewebe gezüchtet werden. Daher sind humanoide Roboter mit einem Skelett und Muskeln, die die Konfiguration des Skeletts und der Muskeln einer Person wiederholen, die beste Option.
Spezialisten der Universität Tokio haben eine eigene Version eines solchen Systems vorgeschlagen. Dies ist ein
Kenshiro-Roboter . Die Japaner arbeiten seit ungefähr 7 Jahren mit diesem Projekt und haben das Design des Roboters erheblich verbessert.
Die Körperkonfiguration dieses Systems ähnelt der Körperstruktur eines 12-jährigen japanischen Jungen. Seine Höhe beträgt 158 Zentimeter, Gewicht - 50 kg. Der Körper des Roboters ist mit einem fast vollständigen Muskelsatz ausgestattet, den auch eine Person hat. Insgesamt fügten Wissenschaftler 160 solcher Muskeln hinzu: 50 in den Beinen, 76 im Oberkörper, 12 in den Schultern, 22 im Nacken. Im Moment ist Keshiro die perfekteste Wiederholung der menschlichen Anatomie in einem Roboter.
Was haben der Bioreaktor und dieser Roboter gemeinsam? Andrew Carra glaubt, dass Keshiro oder andere ähnliche Systeme auf fortschrittliche Bioreaktoren umgestellt werden können. Muskelzellen
wachsen auf elektroaktiven Polymeren künstlicher Muskeln des Roboters. Während des Wachstumsprozesses werden neue Gewebe mechanischen Belastungen ausgesetzt, so dass die resultierenden Proben alle erforderlichen Anforderungen erfüllen. In ähnlicher Weise werden Wissenschaftler andere Gewebe anbauen, einschließlich Sehnen und Knorpel.
Der Bioreaktor der Zukunft könnte durchaus wie ein Modell des T-800-Terminators aussehen. Auf einem Metall- oder Polymerrahmen bauen sich allmählich menschliche Gewebe auf, einschließlich Muskeln, Knorpel, Bänder und Haut. Der gesamte Roboter oder seine einzelnen Elemente bewegen sich, so dass das Gewebe den notwendigen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Nach einer bestimmten Zeit werden diese Gewebe zur Transplantation an einen menschlichen Spender aus dem Skelett entfernt. Solche Bioreaktoren machen Experimente mit Tieren in klinischen Studien überflüssig.
Übrigens
können sich Ereignisse in ferner Zukunft anders entwickeln: Menschen werden allmählich zu Robotern oder vielmehr zu Cyborgs.
DOI:
10.1126 / scirobotics.aam5666