Au cours des deux dernières décennies, la robotique a obtenu des résultats significatifs. Robots à quatre pattes, robots à roues, manipulateurs ultra-précis - tout cela n'est qu'une partie de l'abondance de modèles que nous observons maintenant. De tous les types de robots, le plus grand intérêt des gens ordinaires et des scientifiques est peut-être causé par les systèmes humanoïdes. De tels appareils aident désormais activement les gens - ils sont utilisés dans l'hôtellerie, dans les développements scientifiques et militaires, dans la vie quotidienne et la médecine. Un exemple des modèles les plus avancés est
Kenshiro et
Eccerobot . Ces robots ont un analogue des os et des muscles (les développeurs avaient initialement prévu de reproduire la structure du corps humain), de sorte que leurs mouvements ressemblent à ceux des humains.
Étant donné que l'anatomie de ces robots est proche de l'original, certains scientifiques envisagent la possibilité de créer des soi-disant bioréacteurs à partir de tels systèmes. Le but de tout
bioréacteur est de créer des conditions optimales pour la vie des cellules et des micro-organismes qui y sont cultivés, à savoir assurer la respiration, la nutrition et le drainage des métabolites en mélangeant uniformément les composants gazeux et liquides du contenu du bioréacteur. Cet article concerne les systèmes de croissance tissulaire destinés à la transplantation chez des patients humains. Bien que les organes puissent être prélevés pour la transplantation de donneurs, les médecins ont souvent besoin de tendons, de ligaments, d'os et de cartilage. Peu à peu, ils apprennent à les cultiver, mais pour mettre la «production en marche», des bioréacteurs sont nécessaires où les fragments de tissus peuvent être cultivés selon les paramètres donnés.
De plus, pour que les propriétés de ces tissus répondent aux critères de transplantation, ils doivent être cultivés dans certaines conditions, y compris la présence de substances nécessaires à la croissance et une certaine charge mécanique ou stimulation mécanique, comme ce facteur est également appelé.
Malheureusement, ce n'est pas si simple, car la conception des bioréacteurs modernes est largement primitive. Dans un bioréacteur mécanique, le mélange est effectué avec un mélangeur mécanique, ce qui conduit à un mélange insuffisamment uniforme d'une part, et à la mort de micro-organismes d'autre part. Le mode de mélange peut être modifié, mais il est difficile d'appeler ce type de réacteur optimal. Les processus qui se produisent dans un corps réel, y compris les charges mécaniques, ces réacteurs ne sont pas en mesure de se reproduire. En conséquence, la qualité des tissus cultivés en souffre.
La conception optimale du bioréacteur devrait inclure la possibilité d'ajouter des charges mécaniques pour différentes directions, en émulant le mode de charges mécaniques pour des tissus de différents types, conformément à l'emplacement anatomique de tissus spécifiques et à la conformité générale des conditions de culture des tissus avec les conditions du corps humain.
Selon le biologiste Andrew Carr (Andrew Carr) et ses collègues, la conception du bioréacteur devrait répéter l'anatomie du corps humain - les parties de celui-ci pour lesquelles des tissus sont cultivés. Par conséquent, les robots humanoïdes avec un squelette et des muscles qui répètent la configuration du squelette et des muscles d'une personne sont la meilleure option.
Des spécialistes de l'Université de Tokyo ont proposé leur propre version d'un tel système. Ceci est un
robot Kenshiro . Les Japonais travaillent avec ce projet depuis environ 7 ans, améliorant considérablement la conception du robot.
La configuration corporelle de ce système est similaire à la structure corporelle d'un garçon japonais de 12 ans. Sa hauteur est de 158 centimètres, son poids - 50 kg. Le corps du robot est équipé d'un ensemble presque complet de muscles, dont une personne dispose également. Au total, les scientifiques ont ajouté 160 de ces muscles: 50 dans les jambes, 76 dans le torse, 12 dans les épaules, 22 dans le cou. À l'heure actuelle, Keshiro est la répétition la plus parfaite de l'anatomie humaine dans un robot.
Qu'est-ce qui est commun entre le bioréacteur et ce robot? Andrew Carra pense que Keshiro ou d'autres systèmes similaires peuvent être convertis en bioréacteurs avancés. Les cellules musculaires
se développeront sur les polymères électroactifs des muscles artificiels du robot. En cours de croissance, les nouveaux tissus seront soumis à des contraintes mécaniques, de sorte que les échantillons obtenus répondront à toutes les exigences nécessaires. De même, les scientifiques vont développer d'autres tissus, notamment des tendons et du cartilage.
Le bioréacteur du futur pourrait bien ressembler à un modèle du terminateur T-800. Sur un cadre en métal ou en polymère, les tissus humains, y compris les muscles, le cartilage, les ligaments et la peau, s'accumulent progressivement. Le robot entier ou ses éléments individuels se déplacent, de sorte que les tissus sont soumis aux contraintes mécaniques nécessaires. Après un certain temps, ces tissus sont retirés du squelette pour être transplantés chez un donneur humain. Ces bioréacteurs élimineront le besoin d'expériences avec des animaux dans les essais cliniques.
Soit dit en passant, dans un avenir lointain, les événements
peuvent se développer d'une manière différente: les gens se transformeront progressivement en robots, ou plutôt en cyborgs.
DOI:
10.1126 / scirobotics.aam5666