Wissenschaftler erstellen synthetische schwimmende Bio-Bots mit Eigenantrieb

Ingenieure der Universität von Illinois haben eine neue "Spezies" schwimmender Mikroorganismen geschaffen. Sie hoffen, dass sich diese eines Tages zu "intelligenten Strukturen" entwickeln könnten, die bei der Verabreichung von Medikamenten helfen oder Krebs bekämpfen könnten.

Diese Wunder der modernen Technik sind eine kleine Mischung aus biologischen und technischen Komponenten. Im Gegensatz zum komplexen, aber moralisch vieldeutigen berühmten Film "Cyborgs" bestehen diese Bio-Bots aus einem einfachen Kopf und Schwanz - ähnlich wie einzellige, langschwänzige schwimmende Kreaturen wie Sperma.

Der Körper besteht aus flexiblem Polymer, während die Schwimmbewegung tatsächlich von einer Ansammlung von Herzzellen bereitgestellt wird. Die Herzzellen wurden von den Ingenieuren kultiviert, aber innerhalb der Bio-Bots kommunizieren diese biologischen Zellen miteinander und arrangieren sich selbstständig.

Die Zellen müssen als eine in die richtige Richtung schlagen, damit sich der Schwanz bewegt. Wenn sich die Zellen synchronisieren, senden sie eine Welle nach unten, die den Bot vorwärts treibt.

Aber genau wie die Zellen das tun, ist nicht ganz klar. "Es ist die minimale Menge an Engineering - nur ein Kopf und ein Draht", sagt Prof. Taher Saif von der University of Illinois. "Dann kommen die Zellen herein, interagieren mit der Struktur und machen sie funktionsfähig."

Was können schwimmende Bio-Bots für uns tun?

Die Ingenieure hinter diesem Projekt haben große Ideen für ihre kleinen Bio-Bots.

"Die langfristige Vision ist einfach", sagt Saif. "Können wir elementare Strukturen herstellen und sie mit Stammzellen säen, die sich in intelligente Strukturen differenzieren, um Medikamente zu verabreichen, minimalinvasive Operationen durchzuführen oder Krebs zu bekämpfen?"

Diese aquatischen Bio-Bots sind die neueste Innovation aus einem breiteren Programm zu "emergenten Verhaltensweisen in integrierten zellulären Systemen", das von der National Science Foundation unterstützt wird.

Im Jahr 2012 hatte das gleiche Team ein ähnliches Engineering-Projekt, diesmal mit 7-mm-Lauf-Bio-Bots.

Diese Biobots funktionierten ähnlich wie ihre jüngeren Geschwister und wurden aus einer Kombination von 3D-gedruckten Polymer- und Herzzellen von Ratten hergestellt.

Zu dieser Zeit sagte Rashid Bashir, Direktor des Mikro- und Nanotechnologielabors der Universität von Illinois:

"Die Idee hier ist, dass Sie es durch Forward-Engineering tun können. Wir haben die Entwurfsregeln, um diese millimetergroßen Formen und unterschiedliche physikalische Architekturen zu machen, was mit dieser Steuerungsebene nicht gemacht wurde. Was wir jetzt tun wollen ist mehr Funktionalität hinzuzufügen. "

Sowohl in den Schwimm- als auch in den Walking-Bots kann diese zusätzliche Funktionalität dazu führen, dass Engine-Bots bestimmte Chemikalien erkennen und automatisch anvisieren können. Saifs Team hat bereits damit begonnen, mit Multi-Tailed-Schwimmrobotern zu experimentieren, die das Navigationspotential eröffnen.

Das Team hat eine Animation erstellt, wie die schwimmenden Bio-Bots funktionieren (unten) und ein aktuelles Video von einem der kleinen Jungs in Aktion.

"Der faszinierendste Aspekt dieser Arbeit ist, dass sie die Fähigkeit demonstriert, computergestützte Modellierung in Verbindung mit biologischem Design zu verwenden, um die Leistung zu optimieren, oder ganz unterschiedliche Arten von schwimmenden Bio-Bots zu entwickeln", sagt Roger Kamm, Direktor des Wissenschafts- und Technologiezentrums über Emergent Behaviours in Integrated Cellular Systems.

"Dies öffnet das Feld für eine enorme Vielfalt an Möglichkeiten. Wirklich ein spannender Fortschritt", fügt er hinzu.

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