26 de febrero de 2024 (Noticias de Nanowerk) El procesamiento con láser ultravioleta es una técnica prometedora para desarrollar microestructuras intrincadas, lo que permite una alineación compleja de las células musculares, necesaria para construir actuadores biohíbridos realistas, como lo demuestran los investigadores de Tokyo Tech. En comparación con los métodos complejos tradicionales, esta técnica innovadora permite la fabricación fácil y rápida de microestructuras con patrones intrincados para lograr diferentes disposiciones de células musculares, allanando el camino para actuadores biohíbridos capaces de realizar movimientos complejos y flexibles. Los robots biomiméticos, que imitan los movimientos y funciones biológicas de los organismos vivos, son un área de investigación fascinante que no sólo puede conducir a robots más eficientes sino también servir como plataforma para comprender la biología muscular. Entre ellos, los actuadores biohíbridos, compuestos de materiales blandos y células musculares que pueden replicar las fuerzas de los músculos reales, tienen el potencial de lograr movimientos y funciones realistas, incluida la autocuración, alta eficiencia y alta relación potencia-peso. relación, que han sido difíciles para los robots voluminosos tradicionales que requieren fuentes de energía pesadas. Una forma de lograr estos movimientos realistas es disponer las células musculares en actuadores biohíbridos de forma anisotrópica. Esto implica alinearlos en un patrón específico en el que se orientan en diferentes direcciones, como lo que se encuentra en los organismos vivos. Si bien estudios anteriores han informado sobre actuadores biohíbridos con movimiento significativo utilizando esta técnica, se han centrado principalmente en alinear anisotrópicamente las células musculares en línea recta, lo que da como resultado movimientos simples, en contraposición al movimiento complejo de los tejidos musculares nativos, como girar, doblar, y encogiéndose. Los tejidos musculares reales tienen una disposición compleja de células musculares, que incluyen patrones curvos y helicoidales. La creación de disposiciones tan complejas requiere la formación de microsurcos curvos (MG) en un sustrato, que luego sirven como guía para alinear las células musculares en los patrones requeridos. La fabricación de MG complejas se ha logrado mediante métodos como fotolitografía, micrografía ondulada e impresión por microcontacto. Sin embargo, estos métodos implican múltiples pasos complejos y no son adecuados para una fabricación rápida. Para abordar esto, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) en Japón, dirigido por el profesor asociado Toshinori Fujie de la Escuela de Ciencias y Tecnología de la Vida, ha desarrollado una técnica de procesamiento con láser ultravioleta (UV) para fabricar microestructuras complejas. . "Basándonos en nuestros prototipos anteriores, planteamos la hipótesis de que los actuadores biohíbridos que utilizan una película delgada de SBS (caucho duro) con MG anisotrópicos arbitrarios fabricados mediante un procesamiento con láser UV pueden controlar la alineación celular en una dirección arbitrariamente anisotrópica para reproducir movimientos flexibles más realistas". explica el Dr. Fujie. Su estudio ha sido publicado en la revista. Biofabricación (“Microestructura procesada con láser UV para la construcción de actuadores biohíbridos con movimiento anisotrópico”).
Un método novedoso para la fabricación fácil y rápida de robots biomiméticos con movimientos realistas. (Imagen: Tokyo Tech) La novedosa técnica incluye la formación de MG curvas en una poliimida mediante procesamiento con láser UV, que luego se transcriben en una película delgada hecha de SBS. A continuación, las células del músculo esquelético llamadas miotubos, que se encuentran en los organismos vivos, se alinean utilizando los MG para lograr un patrón muscular curvo anisotrópico. Los investigadores utilizaron este método para desarrollar dos actuadores biohíbridos diferentes: uno unido al sustrato de vidrio y el otro sin ataduras. Tras la estimulación eléctrica, ambos actuadores se deformaron mediante un movimiento similar a una torsión. Curiosamente, el actuador biohíbrido, cuando estaba desconectado, se transformaba en una estructura independiente en 3D, debido a la alineación curva de los miotubos como un esfínter nativo. “Estos resultados significan que, en comparación con los métodos tradicionales, la tecnología con láser UV es un método más rápido y sencillo para la fabricación de patrones de MG sintonizables. Este método genera oportunidades interesantes para lograr actuadores biohíbridos más realistas mediante la alineación guiada de miotubos”, comenta el Dr. Fujie, enfatizando el potencial de esta técnica innovadora. En general, este estudio demuestra el potencial del procesamiento con láser UV para la fabricación de diferentes patrones de tejido muscular anisotrópico, allanando el camino para actuadores biohíbridos más realistas capaces de realizar movimientos complejos y flexibles.
Un método novedoso para la fabricación fácil y rápida de robots biomiméticos con movimientos realistas. (Imagen: Tokyo Tech) La novedosa técnica incluye la formación de MG curvas en una poliimida mediante procesamiento con láser UV, que luego se transcriben en una película delgada hecha de SBS. A continuación, las células del músculo esquelético llamadas miotubos, que se encuentran en los organismos vivos, se alinean utilizando los MG para lograr un patrón muscular curvo anisotrópico. Los investigadores utilizaron este método para desarrollar dos actuadores biohíbridos diferentes: uno unido al sustrato de vidrio y el otro sin ataduras. Tras la estimulación eléctrica, ambos actuadores se deformaron mediante un movimiento similar a una torsión. Curiosamente, el actuador biohíbrido, cuando estaba desconectado, se transformaba en una estructura independiente en 3D, debido a la alineación curva de los miotubos como un esfínter nativo. “Estos resultados significan que, en comparación con los métodos tradicionales, la tecnología con láser UV es un método más rápido y sencillo para la fabricación de patrones de MG sintonizables. Este método genera oportunidades interesantes para lograr actuadores biohíbridos más realistas mediante la alineación guiada de miotubos”, comenta el Dr. Fujie, enfatizando el potencial de esta técnica innovadora. En general, este estudio demuestra el potencial del procesamiento con láser UV para la fabricación de diferentes patrones de tejido muscular anisotrópico, allanando el camino para actuadores biohíbridos más realistas capaces de realizar movimientos complejos y flexibles.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=64718.php
