Тонкий плавательный робот не требует громоздкого мотора или мощных механических деталей. Исследователи из MIT продемонстрировали, что один аккуратно спроектированный слой живых мышечных клеток способен создавать достаточную силу, чтобы продвигать крошечный аппарат вперёд. Этот подход базируется на био-гибридной концепции: живые ткани сами выполняют работу по движению, управляемые светом.

Устройство представляет собой очень тонкую плавательную конструкцию на гибкой гелевой основе примерно той же длины и ширины, что кусочек жвачки. На геле формируются две плавника, на каждой нанесён слой мышечных клеток, значительно тоньше человеческого волоса. Эти клетки генетически модифицированы так, чтобы сокращаться под воздействием света. Управлять ускорением и направлением можно, освещая соответствующий плавник и варьируя частоту света.

В экспериментах робот успешно плавал и поворачивал в простом подводном лабиринте. Максимальная скорость составила примерно четыре длины тела в минуту. Хотя это всё ещё заметно медленнее олимпийского пловца, для таких крошечных устройств такая скорость сопоставима с темпами медлительного пескожаба в океане. Ряд учёных подчёркивает, что подсветка и координация движений позволяют управлять как скоростью, так и направлением.

Чтобы добиться достаточного движительного эффекта, команда оптимизировала основание для живой ткани. Ранее использовался очень мягкий гель фибрин, но он быстро сжимался под силами сокращающихся мышц, что ограничивало эффективность. Было исследовано влияние химического состава геля, его жёсткости и геометрии канавок, где развивались мышечные волокна, чтобы они шли в нужном направлении и образовывали прочные волокна. Усовершенствования включали замену фибрина на GelMA — полимер, широко применяемый в биомедицинской инженерии, а также настройку жесткости и толщины слоя. Эксперименты показали, что более твёрдые гели давали лучшие результаты, а толщина мембраны около полмиллиметра оказалась оптимальной. Лазерная «тренировка» светом дополнительно укрепляла ткани перед включением в робот.

Собранный робот состоит из тонкой гелевой рамы с двумя плавниками, поверхность которых покрыта мышечными клетками, образовавшими организованные волокна. Каждый плавник можно независимо активировать светом, что даёт простой способ управления движением. По словам Риту Рамана, «у робота есть два независимых «мышечных» блока», и если подсветить только один — движется именно он, а если освещены оба — они оба работают синхронно. В эксперименте устройство поместили в большую чашку с водой и управляли им, перемещая источник света, чтобы провести робот через лабиринт, расположенный внутри чаши.

Хотя текущая форма робота остаётся простой, основная цель эксперимента — доказать, что очень тонкий слой инженерной мышечной ткани может создавать достаточную силу для плавания. Исследователи планируют доработать корпус, чтобы увеличить скорость. Технология может оказаться полезной для мониторинга водных сред или работы в местах, где обычные твёрдые машины могли бы нанести вред. По словам Рамана, «следующая задача — оптимизировать корпус для более быстрой плавучести», и даже на медленной скорости робот-мускул может быть применён для экологического мониторинга в водной среде. Организация финансирования частично поддержана Office of Naval Research.