หุ่นยนต์ใช้ชั้นเซลล์กล้ามเนื้อและแสงในการว่ายน้ำ หมุนตัว และเคลื่อนที่ในน้ำเพื่อการตรวจสอบ

วิศวกรจาก MIT ได้สร้างหุ่นยนต์ว่ายน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์กล้ามเนื้อโครงร่างเพียงชั้นเดียว หุ่นยนต์ใช้แสงในการควบคุมครีบทั้งสองข้าง ทำให้สามารถว่ายน้ำ เลี้ยว และปรับความเร็วขณะเคลื่อนที่ในน้ำได้ ในการทดสอบ หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงสุดประมาณสี่เท่าของความยาวลำตัวต่อนาที และสามารถติดตามแหล่งกำเนิดแสงผ่านเขาวงกตในน้ำได้ นักวิจัยระบุว่า การออกแบบนี้สามารถลดปริมาณเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่จำเป็นสำหรับหุ่นยนต์ลูกผสมชีวภาพ และอาจนำไปประยุกต์ใช้สำหรับการตรวจสอบสภาพแวดล้อมทางน้ำได้

หุ่นยนต์นี้สร้างขึ้นจากฟิล์มเจลาตินเมทาคริเลต (GelMA) ที่มีความหนาประมาณ 0.5 มิลลิเมตร โดยสร้างครีบสองข้างจากฟิล์มดังกล่าว และแต่ละครีบถูกเคลือบด้วยชั้นเซลล์กล้ามเนื้อที่มีความบางกว่าเส้นผม เซลล์เหล่านี้ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรมให้สามารถหดตัวเมื่อได้รับแสง

เมื่อส่องแสงไปยังครีบข้างหนึ่ง ครีบจะหดตัวและผลักดันหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่ผ่านน้ำ การสลับการส่องแสงระหว่างครีบทั้งสองข้างช่วยให้สามารถเปลี่ยนทิศทางและควบคุมความเร็วของหุ่นยนต์ได้ นักวิจัยให้ความสำคัญกับวัสดุที่ใช้เป็นโครงรองรับเซลล์ เนื่องจากวัสดุดังกล่าวมีผลต่อปริมาณแรงที่สามารถถ่ายทอดไปยังตัวหุ่นยนต์ได้ การออกแบบก่อนหน้านี้ใช้ไฟบริน ซึ่งเป็นเจลที่สามารถหดตัวตามการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อ ส่งผลให้แรงที่ถ่ายทอดไปยังตัวหุ่นยนต์ลดลง

ทีมวิจัยได้ทดสอบวัสดุเจลหลายชนิด รวมถึงระดับความแข็งและรูปแบบพื้นผิวที่แตกต่างกัน พวกเขาพบว่า ร่องรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ช่วยให้เซลล์เรียงตัวไปตามพื้นผิวได้ดีขึ้น เซลล์ที่เรียงตัวเป็นระเบียบจะรวมตัวกันเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อที่สามารถสร้างแรงได้มากขึ้นและหดตัวได้พร้อมเพรียงกันมากขึ้น นอกจากนี้ นักวิจัยยังทดสอบ GelMA ที่มีระดับความแข็งแตกต่างกัน และพบว่าเซลล์ที่เจริญเติบโตบน GelMA ที่แข็งกว่าสามารถสร้างแรงได้มากกว่าและมีการเรียงตัวที่ดีกว่า

สำหรับหุ่นยนต์ต้นแบบขั้นสุดท้าย นักวิจัยได้สร้างร่องรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสบนแผ่นฟิล์ม GelMA และวางเซลล์กล้ามเนื้อไว้บนทั้งสองด้าน เมื่อเซลล์เจริญเติบโต เซลล์จะเรียงตัวตามแนวร่องและรวมตัวกันเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อ ส่งผลให้เกิดครีบสองข้างที่สามารถควบคุมได้อย่างอิสระ นักวิจัยนำหุ่นยนต์ไปวางในจานเพาะเลี้ยงที่บรรจุน้ำ จากนั้นเลื่อนแหล่งกำเนิดแสงเหนือหุ่นยนต์ หุ่นยนต์ตอบสนองต่อแสงและเคลื่อนที่ตามเส้นทางของแสงผ่านเขาวงกต

หุ่นยนต์ในปัจจุบันได้รับการออกแบบมาเพื่อสาธิตการเคลื่อนไหวโดยใช้เซลล์กล้ามเนื้อเพียงชั้นบางๆ นักวิจัยวางแผนที่จะปรับเปลี่ยนโครงสร้างของตัวหุ่นยนต์และเพิ่มความเร็วในการว่ายน้ำ นอกจากนี้ พวกเขายังมองเห็นศักยภาพในการนำระบบนี้ไปใช้สำหรับการตรวจสอบสภาพแวดล้อมทางน้ำ ซึ่งเป็นการใช้งานที่อาจไม่จำเป็นต้องอาศัยความเร็วในการว่ายน้ำสูง